en English is Íslenska

Thesis (Master's)

University of Iceland > Verkfræði- og náttúruvísindasvið > Meistaraprófsritgerðir - Verkfræði- og náttúruvísindasvið >

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1946/23655

Title: 
  • Title is in Icelandic Nitrogen chemistry and speciation in low-temperature geothermal waters, Iceland
Degree: 
  • Master's
Keywords: 
Abstract: 
  • Abstract is in Icelandic

    Köfnunarefni í jarðhitakerfum kemur oftast fyrir sem N2, ΣNH4, NO3, NO2 og lífrænt köfnunarefni. Samkvæmt rannsóknum á ísótópum eru jarðhitavökvar á Íslandi taldir vera upprunalega regnvatn, sjór og/eða kvika. Í háhitavatni er mest af N2 en NH4, NO3 og NO2 hafa einnig verið mæld í lághitavatni. Þó er lítið til af gögnum um öll oxunarstig köfnunarefnis í gefnu vatni, þ.e. N2, NH4, NO3, NO2 og lífrænt köfnunarefni, og uppruni hvers oxunarstigs hefur ekki verið rannsakaður markvisst. Í þessari rannsókn voru allar tegundir köfnunarefnis ákvarðaðar í lágitavatni á Íslandi, og út frá þessum upplýsingum voru hvörf og hugsanlegur uppruni mismunandi oxunarstiga metinn. Í heildina voru tekin 34 sýni af uppsprettum, borholum og lækjum og greind voru úr þeim aðalefni og mismunandi tegundir köfnunarefnis, þ.á.m. N2, NH4, NO2, NO3 og lífrænt N. Við söfnun höfðu sýnin hitastig á bilinu 2-125°C, pH 2.48-9.72 og heildarmagn uppleysts efnis var 801-31645 µmol/L. Uppleyst N2 var algengasta tegundin með styrk upp á 44-634 µmol/L og taldist því til allt að 100% alls köfnunarefnis í sýnunum. Styrkur annara N tegunda voru ammoníum, <0.1-95 µmol/L, nítrít og nítrat voru <0.1-0.66 µmol/L og <0.1-8.51 µmol/L hvort um sig og styrkur lífræns köfnunarefnis var 0-9.44 µmol/L. Ýmis hvörf á milli oxunarstiga voru skoðuð með útreikningum á afoxunarmætti gefinna oxunarpara. Fyrir allar vatnstegundir var oxunarójafnvægi milli efnahvarfa sem innihéldu köfnunarefni. Hugsanleg oxunarhvörf fyrir nitur í kerfinu má flokka í fjóra flokka: (1) niturnám, (2) nítratmyndun, (3) afnítrun og (4) niðurbrot lífræns efnis. Byggt á röð efnahvarfanna og virkni þeirra, voru hvörf skoðuð sem innihéldu köfnunarefni skoðuð, þ.á.m. niturnám og nítratmyndun. Uppruni N2 er talinn vera andrúmsloft og afnítrun, þegar gert er ráð fyrir takmörkuðum uppruna frá möttli. Sést að flestar vatnstegundir eru undirmettaðar með tilliti til N2 úr andrúmslofti sem bendir til afoxunar á N2 í NH4+. Uppruni NO3 og NO2 er einnig mögulega uppruni vatnsins, þ.e. það myndast ekki með efnahvörfum innan kerfisins. Uppruni Nresidual er talinn vera uppleyst lífrænt efni.

  • Nitrogen in geothermal systems occurs mostly as N2, ΣNH4, NO3, NO2 and organic nitrogen. Based on isotope studies, geothermal fluids in Iceland are considered to be derived from meteoric water, seawater and/or magma. N2 predominates in high-temperature waters whereas NH4, NO3, NO2 have been observed in low-temperature geothermal waters. Limited data are, however, on all the nitrogen oxidation states in a given water, i.e. N2, NH4, NO3, NO2 and organic nitrogen, and the source of individual oxidation states has not been systematically studied. In this study, all the nitrogen species were determined in low-temperature waters in Iceland, and from those data the reactions and possible sources of various oxidation states were assessed. Altogether, 34 samples of springs, wells and streams were collected and major elemental and various nitrogen species concentrations determined, including N2, NH4, NO2, NO3 and organic nitrogen. The sampled waters had temperatures of 2-125°C, pH of 2.48-9.72 and total dissolved solids between 801 and 31645 µmol/L. Dissolved N2 was the most abundant species with concentrations of 44-634 µmol/L and counting for up to 100% of nitrogen in the samples. Other nitrogen concentrations were ammonium, ranging from <0.1-95 µmol/L, nitrite and nitrate concentrations were <0.1-0.66 µmol/L and <0.1-8.51 µmol/L respectively and organic nitrogen concentrations varied from 0-9.44 µmol/L. Various reactions between the oxidation states were studied by calculations of redox potentials for given redox pairs. For all water types, a redox disequilibrium prevails between various nitrogen containing reactions. Possible nitrogen-redox reactions within the system may be summarized into four groups: (1) nitrogen fixation, (2) nitrification, (3) denitrification and (4) organic matter decomposition. Based on the reaction order and affinity calculations, several possible N-containing reactions were observed, including nitrogen fixation and nitrification. The source of N2 may be considered to be atmospheric and denitrification, assuming limited deep mantle N2 source. As observed, most waters are undersaturated with respect to atmospheric N2, suggesting a possible reduction of N2 to NH4+. The source of NO3 and NO2 may also be the source water, i.e. it does not produce upon reactions within the system. The origin of Nresidual is considered to be from dissolved organic matter.

Accepted: 
  • Feb 1, 2016
URI: 
  • http://hdl.handle.net/1946/23655


Files in This Item:
Filename Size VisibilityDescriptionFormat 
Ragnheiður Steinunn Ásgeirsdóttir.pdf3.28 MBOpenHeildartextiPDFView/Open

Note: Contact the author (Ragnheidur) for a copy of the thesis until unlocked.