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Enregistrement W4324295733 · doi:10.1016/j.chemosphere.2023.138405

Effects of freeze-thaw cycles on methanogenic hydrocarbon degradation: Experiment and modeling

2023· article· en· W4324295733 sur OpenAlexafffundabout
Mehdi Ramezanzadeh, Stephanie Slowinski, Fereidoun Rezanezhad, Kathleen Murr, Christina Lam, C. M. Smeaton, Clément Alibert, Marianne Vandergriendt, Philippe Van Cappellen

Notice bibliographique

RevueChemosphere · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueClimate change and permafrost
Établissements canadiensMemorial University of NewfoundlandUniversity of Waterloo
Organismes subventionnairesImperial Oil ResourcesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanada First Research Excellence FundCanada Excellence Research Chairs, Government of Canada
Mots-clésBiodegradationEnvironmental chemistryBiogeochemical cycleMicrocosmSoil waterChemistrySorptionMethaneCarbon dioxideTotal petroleum hydrocarbonBioremediationHydrocarbonVolatilisationEnvironmental remediationSoil gasSoil contaminationFTCS schemeEnvironmental scienceSoil scienceContaminationEcologyOrganic chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Cold regions are warming much faster than the global average, resulting in more frequent and intense freeze-thaw cycles (FTCs) in soils. In hydrocarbon-contaminated soils, FTCs modify the biogeochemical and physical processes controlling petroleum hydrocarbon (PHC) biodegradation and the associated generation of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2). Thus, understanding the effects of FTCs on the biodegradation of PHCs is critical for environmental risk assessment and the design of remediation strategies for contaminated soils in cold regions. In this study, we developed a diffusion-reaction model that accounts for the effects of FTCs on toluene biodegradation, including methanogenic biodegradation. The model is verified against data generated in a 215 day-long batch experiment with soil collected from a PHC contaminated site in Ontario, Canada. The fully saturated soil incubations with six different treatments were exposed to successive 4-week FTCs, with temperatures oscillating between −10 °C and +15 °C, under anoxic conditions to stimulate methanogenic biodegradation. We measured the headspace concentrations and 13C isotope compositions of CH4 and CO2 and analyzed the porewater for pH, acetate, dissolved organic and inorganic carbon, and toluene. The numerical model represents solute diffusion, volatilization, sorption, as well as a reaction network of 13 biogeochemical processes. The model successfully simulates the soil porewater and headspace concentration time series data by representing the temperature dependencies of microbial reaction and gas diffusion rates during FTCs. According to the model results, the observed increases in the headspace concentrations of CH4 and CO2 by 87% and 136%, respectively, following toluene addition are explained by toluene fermentation and subsequent methanogenesis reactions. The experiment and the numerical simulation show that methanogenic degradation is the primary toluene attenuation mechanism under the electron acceptor-limited conditions experienced by the soil samples, representing 74% of the attenuation, with sorption contributing to 11%, and evaporation contributing to 15%. Also, the model-predicted contribution of acetate-based methanogenesis to total produced CH4 agrees with that derived from the 13C isotope data. The freezing-induced soil matrix organic carbon release is considered as an important process causing DOC increase following each freezing period according to the calculations of carbon balance and SUVA index. The simulation results of a no FTC scenario indicate that, in the absence of FTCs, CO2 and CH4 generation would decrease by 29% and 26%, respectively, and that toluene would be biodegraded 23% faster than in the FTC scenario. Because our modeling approach represents the dominant processes controlling PHC biodegradation and the associated CH4 and CO2 fluxes, it can be used to analyze the sensitivity of these processes to FTC frequency and duration driven by temperature fluctuations.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,024
Score d'incertitude au seuil0,048

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,040
Tête enseignante GPT0,256
Écart entre enseignants0,217 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations7
Publié2023
Routes d'admission3
Résumé présentoui

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