2021 Climate Intern, Paula Sternberg returns with a follow-up blog to tell us more behind the scenes science stories. This time, Paula shares the detailed process of going from a muddy field into a highly precise lab as part of her efforts to gather data on mangrove soils.
Versión en español al final.
The weight of a fly. That’s about how little soil is actually needed to determine carbon composition in mangrove forests. Alright, that’s a bit of an exaggeration, but for each sample taken, processed, and analyzed, only about 9 milligrams of the original sample are needed to determine the percent carbon in the soil. But, what exactly needs to happen before a computer regurgitates fancy numbers that tell me how much organic carbon is in my soil sample? Allow me to explain!
As soon as we’ve returned from the field, our soil samples must be fully dried in a specialized oven that is set to 60°C until constant weight is achieved. Once the samples are dry, we make sure to weigh the sample in its jar. The samples are then individually ground and sieved through a 500 micron mesh. This is one of the most time-consuming parts of the processing (Photo 1). Before returning the samples to their jar, the empty jar is weighed to determine the sample weight, which is just a simple subtraction (full jar - empty jar = sample weight).
For this study, we are only interested in percent organic carbon which—for our samples—is composed of peat, rooty material, leaves, and other plant residues. However, soil naturally contains both organic and inorganic carbon, the latter of which (at least for our samples) is mostly found as calcium carbonate in shell and mineral residues. Because of this, we must ensure that all inorganic carbon is removed prior to the soil analysis, as we do not want both organic and inorganic carbon to be reflected in the percent carbon results.
To remove the inorganic carbon we are not interested in, we must acidify our soil samples. First, we separate our sample into small vials of about 300 mg of soil + water, which are placed in a desiccator with hydrochloric acid (HCl). The samples are fumed for 72 hours in this acidic environment. After they are flushed with air to clear away any residue of HCl gas, we dry and weigh the samples once more (Photo 2). We have now successfully removed the inorganic carbon and are ready for the next step.
Finally, we can begin preparing our samples for the gas chromatography analysis. We begin by weighing about 9 mg of sample, which is placed in a 9 x 6 mm titanium tin. Then, we compact that small tin into a cube (Photo 3). After repeating this for every sample (52 times in my case), the samples are ready to be analyzed!
We shipped our samples to the UC Davis Isotope Analysis lab, which will soon tell us the organic carbon contents of our sampled soils.
El peso de una mosca. Esa es la cantidad de sedimento que se necesita para determinar la composición de carbono en los bosques de manglar. Bueno, eso es una exageración, pero para cada muestra que se toma, procesa y analiza, solo aproximadamente 9 miligramos de la muestra original son requeridos para determinar el porcentaje de carbono en la tierra. ¿Pero, exactamente qué debe ocurrir antes de que una computadora me regrese números complicados que me indican cuánto carbono orgánico hay en mi muestra de sedimento? ¡Déjame explicarte!
En cuanto regresamos del campo, nuestras muestras de sedimento deben ser completamente secadas en un horno especial. Se secan a 60°C hasta que se logra un peso constante. Ya que las muestras se han secado, nos aseguramos de pesar la muestra dentro de su frasco. Cada una es pulverizada de manera individual y tamizada por una maya de 500 micrones. Esta parte del proceso es la que requiere más tiempo. Antes de regresar las muestras a su frasco, se pesa el frasco vacío para determinar el peso de la muestra, que es una resta simple (frasco lleno - frasco vacío = peso de la muestra).
Para este estudio, solamente estamos interesadxs en el porcentaje de carbono orgánico, que para nuestras muestras, está compuesto de turba, raíces, hojas y otros residuos de plantas. Sin embargo, el sedimento contiene carbono orgánico e inorgánico de manera natural. El carbono inorgánico se puede encontrar como carbonato de calcio que, para nuestras muestras, está en restos de conchas y minerales. Por estas razones, debemos asegurarnos de que todo el carbono inorgánico sea disuelto antes del análisis, ya que no queremos que los resultados del porcentaje de carbono incluyan ambos carbono orgánico e inorgánico.
Para remover el carbono inorgánico que no nos interesa, debemos acidificar nuestras muestras de sedimento. Primero, separamos 300 mg de nuestras muestras en pequeños frascos con un poco de agua. Las muestras se colocan en un desecador con ácido clorhídrico (HCl) y son fumigadas por 72 horas en este ambiente ácido. Después de circular el desecador con aire para eliminar cualquier residuo de gas HCl, secamos y pesamos las muestras una vez más. Ahora sí hemos disuelto el carbono inorgánico y estamos preparadxs para el siguiente paso.
Finalmente, podemos preparar nuestras muestras para el análisis de cromatografía de gas. Pesamos alrededor de 9 mg de nuestras muestras acidificadas, que son colocadas en una pequeña cápsula de titanio de 9 x 6 mm. Después, se compactan en un pequeño cubo. ¡Se repite este paso para todas las muestras (en mi caso 52 veces), y ya están listas para ser analizadas!
Enviamos nuestras muestras al laboratorio de Análisis de Isótopos en UC Davis, que pronto nos indicará el contenido de carbono orgánico en los sedimentos muestrados.