Māris Kļaviņš

Metal accumulation in sediments and benthic invertebrates in lakes of Latvia

The concentrations of cadmium, lead, nickel and copper in waters, sediments (total metal concentrations and their speciation forms) and benthic macroinvertebrates in 11 lakes of Latvia were determined using atomic absorption spectroscopy. Metal concentrations in lake waters, sediments and biota were compared with water chemistry. Compared to total concentrations, metal speciation forms in sediments were better correlated with respective metal concentrations in invertebrates. Therefore, the evaluation of potential metal bioaccumulation should consider metal speciation. The mean concentrations of trace metals in benthic invertebrates in Latvia were much lower than in other countries, which can be explained by comparatively lower anthropogenic loads. However, local areas of anthropogenic impacts were evident.

Metals in sediments of lakes in Latvia

Abstract The concentrations and speciation forms of Pb, Cu, Ni, Cd, Zn, and Mn have been determined in sediments from 49 lakes thoroughout Latvia to study the impact of different pollutant sources and to estimate the background pollution level. Regional variation in pollutant distributions of Pb, Cu, and Cd concentrations is due to anthropogenic load. The enrichment of metals in the top layer of sediments is an estimate of the environmental pollution level. In regions with no known pollution sources, this enrichment was not typical. Another factor that determines metal concentrations in sediments is the organic matter production and sedimentation in eutrophic water bodies.

Humic substances as catalysts in condensation reactions.

Humic substances (HS) demonstrate appreciable impact on the rate of the condensation reactions as shown in the example of the reaction between hydrazine and 4-(dimethylamino)-benzaldhyde in an aquatic environment. The catalytic activity of HS has also been demonstrated in Knoevenagel and Claisen-Schmidt reactions for condensation of carbonyl compounds with CH acids. The aquatic fulvic acids are the most active in these reactions. The velocity of the studied reactions also depends on pH, temperature, the concentration and origin of HS used. A possible micellar and acid-base catalysis mechanism in aquatic media has been suggested.

Experimental Study of Peat Humification Indicators

Experimental Study of Peat Humification Indicators An important parameter of organic matter in soils, peat, and fossil-carbon-containing deposits is their decomposition degree, which describes their transformation intensity—the humification degree of original living organic matter. In this article approaches to the analysis of humification degree are thoroughly described and14C dated peat columns extracted from several bogs in Latvia are investigated and compared. A new humification indicator is suggested: the ratio of the total amount of organic matter in peat in respect to the amount of humic substances. Svarīgi augšņu, kūdras un fosilo oglekli saturošu nogulumu organiskās vielas raksturlielumi ir to sadalīšanās pakāpe, kas raksturo sākotnējās biomasas pārveidošanās intensitāti, un humifikācijas pakāpe, kas raksturo jaunu organisko vielu - humusvielu veidošanās tempu no sākotnējās dzīvās vielas. Šajā rakstā ir pētītas un salīdzinātas humifikācijas analīzes metodes pilnīgi analizētām un datētām (14C) kūdras kolonnām no vairākiem Latvijas purviem. Ieteikts humifikācijas pakāpi definēt kā kopējās organiskās vielas kūdrā un humifikācijas gaitā veidoto humusvielu attiecību.

Properties of the Jurassic Clayey Deposits of Southwestern Latvia and Northern Lithuania

Abstract Jurassic clay rich in organic matter from western Latvia is known already from early 19th century. Jurassic clays provide an interest because of high potential for innovative use due to its clay mineral composition jointly with organic material. Properties of the Jurassic clayey deposits were studied by using various physical and chemical methods. Material gained from field was tested by modern techniques such as UV-Vis, 3D fluorescence and FTIR - spectra, which show patterns of organic compounds in the clay material. AAS analyses characterized inorganic content. PXRD studies raised discussions about the origin of kaolin, illite and smectite and interactions among these clay minerals. Obtained results show that Jurassic clays with organic matter have future potential for possible use in cosmetic industry and as a sorbent material. Pētījumā gūtie rezultāti sniedz ziņas par Juras perioda mālaino nogulumu īpašībām, un palīdz salīdzināt šī perspektīvā derīgā izrakteņa īpašības. Juras sistēmas Kelovejas un Oksfordas stāvu nogulumi atrodami urbumu serdēs, atradnēs, kā arī pleistocēna ledāja atrauteņos jeb glasiodislokācijās. Līdz šim plašāki pētījumi notikuši Polijā un Lietuvā, salīdzinoši mazāk informācijas apkopots par Latvijas Juras māliem un to raksturojošām īpašībām. Šī pētījuma ietvaros paraugi tika ievākti Zoslēnu, Papiles un Lēģernieku atradnēs; to galvenās atšķirības saistās ar mālu frakcijas īpatsvaru salīdzinājumā ar pārējo nogulumu materiālu. Juras mālaino nogulumu sastāva īpatnības raksturotas, izmantojot granulometriskās analīzes, karsējuma zudumu, rentgendifraktometrisko un atomabsorbciometrijas metožu kompleksu; detalizēti pētīti arī nogulumu sastāvā esošie organiskie savienojumi, izmantojot UV-Vis un 3-D fluorescenci. Mālu sastāvā esošās organiskās vielas pamatā ir humusvielas, savukārt māla frakcijas neorganisko materiālu veido smektīts, illīts, kaolinīts un hlorīts aptuveni līdzīgās proporcijās, ko pierāda rentgendifraktometriskā izpēte. Agrākie pētījumi Polijā un Lietuvā liecina, ka dabiskās organiskās vielas, kas atrodamas Juras mālos, atspoguļo nogulumu veidošanās apstākļus. Juras māli var tikt izmantoti tālākos praktiskā pielietojuma pētījumos, kā arī, lai precīzāk raksturotu attiecīgā perioda paleoģeogrāfiskos apstākļus.

Peat humification character in two ombrotrophic bogs depending on peat properties

Peat humification character in two ombrotrophic bogs depending on peat properties Study of the living organic matter humification process is essential for understanding of the carbon biogeochemical cycle. The aim of this study is to determine the relations between peat properties and humification degree in two peat profiles in ombrotrophic bogs in Latvia, to identify the links between peat age, decomposition degree, peat properties, peat botanical composition and peat properties. The peat diagenesis process was described using multiproxy analysis of peat age, botanical composition, elemental composition, elemental ratios of the peat organic matter and peat alkaline extracts. This approach supports a better understanding of the peat properties and their relation both to peat decomposition processes, and also to original living organic matter. Multiproxy study of peat properties supports development of peat humification indicators. Kūdras humifikācijas rakstura atkarība no tās īpašībām divu augsto purvu kūdras kolonnas analīzes piemērā Oglekļa biogeoķīmiskās aprites cikla ietvaros notiekošo procesu izpētei svarīgi ir izprast dzīvās organiskās vielas pārvērtību raksturu, notiekot tās sadalīšanās - humifikācijas procesiem. Šī darba mērķis ir pētīt kūdras īpašības tās kolonnā atšķirīgas uzbūves augstā tipa purvos atkarībā no humifikācijas procesu rakstura, kā arī attīstīt risinājumus humifikācijas procesa raksturošanai. Pētījumā pierādīts, ka kūdras elementsastāva un īpašību analīze ļauj atsegt kopsakarības starp kūdras humifikācijas procesiem, kūdru veidojošo augu sastāvu un izstrādāt humifikācijas indeksus kūdras īpašību raksturošanai. Ieteikts humifikācijas pakāpes noteikšanai izmantot kopējās organiskās vielas kūdrā un humifikācijas gaitā veidoto humusvielu attiecību, kā arī kūdras sārmaina ekstrakta sorbcijas vērtību pie 540 nm.

Influence of the humification process on the properties of peat humic acids

Influence of the humification process on the properties of peat humic acids Comparative and complex characterisation of peat humic acids (HAs) isolated from peat profiles of different origin in Latvia was conducted. Elemental and functional analysis of the isolated HAs was made and their acidity and molecular weight were estimated. Spectral characterisation included UV-Vis, IR, electron spin resonance and fluorescence spectra. Structural characterisation of HAs was by both 1H and13C nuclear magnetic resonance spectra. Properties of HAs isolated from the Latvian peat were compared with HA from other sources (soil, water, coal and synthetic humic substances). Major properties of peat HAs depended on their origin, indicating the importance of humification processes. HAs isolated from peat of more recent origin were more similar to soil Has, while there was a greater degree of humification in part from older sources. Humifikācijas ietekme uz kūdras humusvielu īpašībām Pētījumā veikts komplekss un salīdzinošs kūdras humīnskābju (HS) raksturojums, kuras izdalītas no dažādos Latvijas purvos iegūtiem profiliem. Paraugos noteikts elementsastāvs un funkcionālo grupu saturs, kā arī analizēts karboksilgrupu daudzums un molekulmasa, bet spektrālā analīzē lietotas ultravioletās, infrasarkanās, elektronu paramagnētiskās rezonanses un fluorescences emisijas spektroskopijas metodes. Lai veiktu paraugu strukturālo analīzi, tika izmantotas kodolmagnētiskās rezonanses (1H un 13C) spektroskopijas metodes. No Latvijas purviem izdalīto HS īpašības tika salīdzinātas ar HS no citiem avotiem (ūdeņu, augsnes, ogles un sintētiskajām humusvielām). Galvenās kūdras humīnskābju īpašības ir atkarīgas no to izcelsmes, norādot uz humifikācijas procesu nozīmi. Humīnskābes, kuras izdalītas salīdzinoši jaunas kūdras, sastāvs ir līdzīgs augsnes humusvielām, tomēr HS ar lielāku humifikācijas pakāpi ievērojami atšķiras no augsnes un no brūnoglēm izdalītām humīnskābēm.

Soil Pollution with Trace Elements in Territories of Military Grounds in Latvia

Soil Pollution with Trace Elements in Territories of Military Grounds in Latvia Contamination of land used for military activities can significantly differ from that of municipal and industrial land, both in the intensity and type. Largely this is due to the intensity of activities even in a comparatively large surface area, and also by use of substances and materials not common in civil practice. Pollution from military grounds can affect not only soldiers, but also adjacent territories and water resources. In this study, concentrations of trace elements in the soil, water and higher vegetation in former Soviet army military territories were surveyed. The presence of point sources was found, and in a few cases the pollution is intensively spreading into deeper soil horizons and groundwater. Militārajās teritorijās var būt vērojama vides mehāniskā degradācija, vides objektu lietojumveida izmaiņas, kā arī ķīmiskais piesārņojums, kas var skart ne tikai pašus militāros poligonus, bet arī blakus esošās teritorijas. Pētījuma ietvaros tika ievākti augsnes un augstākās vegetācijas paraugi Strautiņu un Šķēdes armijas poligonu teritorijās makro- un mikroelementu satura analīzēm. Analīžu rezultāti rāda, ka smago metālu koncentrācija apsekoto poligonu augsnēs, lai arī nav ekstremāli augsta, tomēr pārsniedz 2005. g. LR MK noteikumos Nr. 804 noteiktos mērķlielumus Zn, Pb, Ni, Cu, Cd saturam smilts augsnēs. Atsevišķu mikroelementu, piemēram, V, Sr, Y saturs augsnēs liecina par piesārņojuma avotu klātbūtni. Lai novērstu piesārņojošo vielu iedarbības iespējamās negatīvās sekas un ierobežotu piesārņojuma tālāku migrāciju, būtu nepieciešams veikt poligonu teritorijas rekultivāciju.

Chemical Element Accumulation in Peat and Its Humic Substances / Ķīmisko elementu akumulāciju kūdrā un tās humusvielās ietekmējošie faktori

Abstract Peatland cores provide us with the potential to research aspects of atmospheric cycling of elements, such as metal pollutants, on timescales. Our study provides a better understanding of basic peat properties and their effects on trace and major element distributions in peat and its humic substances (HS). Humic substances isolated from an ombrotrophic bog peat profiles (Latvia) were used as study objects. Relations among peat depth, properties of peat and its HS (elemental composition), as well as element content, were studied. Pētījuma ietvaros tika sastādītas galveno komponentu matricas analizētajiem ķīmiskajiem elementiem, kas tika noteikti augstā tipa purvu - Dzelves, Eipura, Dižpurva - kūdrā un tās humusvielās (HV), ņemot vērā vairākus mainīgos, kas ļāva labāk izprast, kādi procesi (dabiski vai antropogēni) bija ietekmējuši elementu akumulāciju purvu profilos un kūdras humusvielās. Metālu satura analīzi pētīto humusvielu un kūdras paraugos veica, pielietojot tādas spektrālās analīzes metodes kā pilnīgās atstarošanas rentgenfluorescences spektrometrija, atomabsorbcijas spektrometrija. Noteikts pētīto HV un kūdras funkcionālais sastāvs un elementu sastāvs, kā arī aprēķināts kopējais skābums pētītajās HV, izmantojot titrēšanas metodi. Pētījumā iegūtie rezultāti parādīja, ka metālu akumulācijā kūdras veidošanās procesos būtiska loma bija dziļumam, oglekļa, sēra un karboksilgrupu saturam; turpretī sēra daudzumam humusvielās novēroja sakarību ar cinka koncentrācijām kūdrā un humusvielās. Tādu ķīmisko elementu kā As, Ni, Ca, Cu, Cr, Mn, Fe akumulācijas procesu norisi raksturoja izteikta līdzība. Veiktā pāru korelācijas analīze ļāva novērtēt ķīmisko elementu savstarpējo attiecību mainību pētīto purvu HV un atkarībā no analizētā ķīmiskā elementa akumulācijas vietas varēja izdalīt virsējos, vidēji dziļos un apakšējos kūdras slāņus. Ķīmisko elementu satura absolūtās vērtības un to sadalījumu pētīto purvu - Dzelves, Eipura, Dižpurva - profilos bija ietekmējuši vairāki faktori: pētīto purvu ģeogrāfiskais izvietojums, to veidošanās raksturs un iespējamo elementu pieplūdes avotu atšķirības. Korelācijas analīze starp ķīmiskajiem elementiem pētīto purvu kūdras humusvielās atšķirīgā dziļumā iezīmēja būtiskas atšķirības dabiskās un antropogēnās akumulācijas zonās. Ķīmisko elementu absolūtās vērtības, kas noteiktas pētīto purvu HV, bija līdzīgas iegūtajām koncentrācijām citās valstīs, piemēram, Beļģijā, Zviedrijā. Tas parādīja elementu akumulācijas procesus ietekmējošās lokālās īpatnības.