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Microspectroscopy reveals dust-derived apatite grains in acidic, highly-weathered Hawaiian soils

  • Dust deposition is an important source of phosphorus (P) to many ecosystems. However, there is little evidence of dust-derived P-containing minerals in soils. Here we studied P forms along a well-described climatic Gradient on Hawaii, which is also a dust deposition gradient. Soil mineralogy and soil P forms from six sites along the climatic gradient were analyzed with bulk (X-ray diffraction and P K-edge X-ray absorption near edge structure) and microscale (X-ray fluorescence, P K-edge X-ray absorption near edge structure, and Raman) analysis methods. In the wettest soils, apatite grains ranging from 5 to 30 μm in size were co-located at the micro-scale with quartz, a known continental dust indicator suggesting recent atmospheric deposition. In addition to co-location with quartz, further evidence of dust-derived P included backward trajectory modeling indicating that dust particles could be brought to Hawaii from the major global dust-loading areas in central Asia and northernDust deposition is an important source of phosphorus (P) to many ecosystems. However, there is little evidence of dust-derived P-containing minerals in soils. Here we studied P forms along a well-described climatic Gradient on Hawaii, which is also a dust deposition gradient. Soil mineralogy and soil P forms from six sites along the climatic gradient were analyzed with bulk (X-ray diffraction and P K-edge X-ray absorption near edge structure) and microscale (X-ray fluorescence, P K-edge X-ray absorption near edge structure, and Raman) analysis methods. In the wettest soils, apatite grains ranging from 5 to 30 μm in size were co-located at the micro-scale with quartz, a known continental dust indicator suggesting recent atmospheric deposition. In addition to co-location with quartz, further evidence of dust-derived P included backward trajectory modeling indicating that dust particles could be brought to Hawaii from the major global dust-loading areas in central Asia and northern Africa. Although it is not certain whether the individual observed apatite grains were derived from long-distance transport of dust, or from local dust sources such as volcanic ash or windblown fertilizer, these observations offer direct evidence that P-containing minerals have reached surface layers of highly-weathered grassland soils through atmospheric deposition.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Christian VogelORCiD, J. Helfenstein, M. Massey, R. Sekine, R. Kretzschmar, L. Beiping, T. Peter, O. Chadwick, F. Tamburini, C. Rivard, Hannes Herzel, Christian AdamORCiD, A. Pradas del Real, H. Castillo-Michel, L. Zuin, D. Wang, R. Félix, B. Lassalle-Kaiser, E. Frossard
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Geoderma
Jahr der Erstveröffentlichung:2021
Organisationseinheit der BAM:4 Material und Umwelt
4 Material und Umwelt / 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien
4 Material und Umwelt / 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier
Verlagsort:Amsterdam
Jahrgang/Band:381
Erste Seite:114681-1
Letzte Seite:114681-11
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
Freie Schlagwörter:Phosphorus; Raman spectroscopy; XANES spectroscopy; microspectroscopy; soil; x-ray diffraction
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Umwelt
Umwelt / Circular Economy
DOI:10.1016/j.geoderma.2020.114681
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-511522
ISSN:0166-0918
ISSN:1872-6259
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:04.09.2020
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:16.11.2020
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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