Quantifying simulated fine sand fraction in muddy sediment using laser diffraction

Abstract

The objective of this study is to verify whether low amounts of fine sand added to a muddy sediment matrix can be detected and quantified with accuracy using a Mastersizer 3000 (Malvern Panalytical) laser diffraction particle-size analyzer equipped with a Hydro LV large volume liquid dispersion module. To achieve this goal, a postglacial sediment sample was sieved to recover naturally co-occurring sand and clay–silt fractions. Sand in the range of 1%–7% by weight was added to the clay–silt at three concentrations (88, 132, and 276 mg dry weight) and each sample was duplicated. A very strong linear relationship was found between the measured % volume of sand added and the actual weight of sand added to the mud. Sand representing as low as 1% by weight could be detected. On average, there was only a 0.7% absolute difference between the measured and actual % sand values (range 0.02%–1.65%). Sample concentration had a negligible impact on the measured % sand. A range of plausible values for the refractive and absorption indexes, essential parameters for the Mie theory calculation of the size distribution from the measured light scattering, also had very small impact on the measured % sand. The demonstrated possibility of detecting a small input of fine sand to muddy sediment provides a basis for studies using grain-size data to reconstruct past and modern detrital inputs and sediment transport variations.

Résumé

L’objectif de l’étude est de vérifier si de faibles quantités de sable fin ajoutées à une matrice de sédiments boueux peuvent être détectées et quantifiées avec exactitude à l’aide du granulomètre à diffraction laser Mastersizer 3000 (Malvern Panalytical) équipé d’un module de dispersion en voie liquide à large volume Hydro LV. À cette fin, un échantillon de sédiment postglaciaire a été tamisé pour en récupérer les fractions de sable et d’argile-silt s’y trouvant à l’état naturel. Du sable dans une fourchette de 1–7 % en poids a été ajouté à trois concentrations d’argile-silt (88, 132 et 276 mg en poids sec), et chaque échantillon a été répété. Une relation linéaire très forte est relevée entre le pourcentage volumique mesuré de sable ajouté et le poids réel de sable ajouté à la boue. Du sable représentant aussi peu que 1 % du poids a pu être détecté. En moyenne, la différence absolue entre les pourcentages mesurés et réels de sable (fourchette de 0,02–1,65 %) n’est que de 0,7 %. L’incidence de la concentration de l’échantillon sur le pourcentage de sable mesuré est négligeable. Une fourchette de valeurs plausibles des indices de réfraction et d’absorption, des paramètres essentiels pour le calcul selon la théorie de Mie de la granulométrie à partir de la diffusion de la lumière mesurée, a aussi très peu d’incidence sur le pourcentage de sable mesuré. La possibilité démontrée de détecter un petit apport de sable fin dans des sédiments boueux fournit la base pour des études utilisant des données granulométriques pour reconstituer les apports détritiques et les variations du transport de sédiments passés et actuels. [Traduit par la Rédaction]

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