liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Chlorine cycling and fates of 36Cl in terrestrial environments
Linköping University, The Tema Institute, Department of Water and Environmental Studies. Linköping University, Faculty of Arts and Sciences.
Linköping University, The Tema Institute, Department of Water and Environmental Studies. Linköping University, Faculty of Arts and Sciences.ORCID iD: 0000-0002-6471-143X
Linköping University, The Tema Institute, Department of Water and Environmental Studies. Linköping University, Faculty of Arts and Sciences.
Linköping University, The Tema Institute, Department of Water and Environmental Studies. Linköping University, Faculty of Arts and Sciences.ORCID iD: 0000-0002-5972-1852
2013 (English)Report (Other academic)
Abstract [en]

Chlorine-36 (36Cl), a radioisotope of chlorine (Cl) with a half-life of 301,000 years, is present in some types of nuclear waste and is disposed in repositories for radioactive waste. As the release of 36Cl from such repositories to the near surface environment has to be taken into account it is of interest to predict possible fates of 36Cl under various conditions as a part of the safety assessments of repositories for radioactive waste. This report aims to summarize the state of the art knowledge on Cl cycling in terrestrial environments. The view on Cl cycling in terrestrial environments is changing due to recent research and it is clear that the chloride ion (Cl) is more reactive than previously believed. We group the major findings in three categories below according to the amount of data in support of the findings.

From the result presented in this report it is evident that:

  • There is an ubiquitous and extensive natural chlorination of organic matter in terrestrial ecosystems.
  • The abundance of naturally formed chlorinated organic compounds (Clorg) frequently exceeds the abundance of Cl, particularly in soils. Thereby Clorg in many cases dominates the total Cl pool.
  • This has important implications for Cl transport. When reaching surface soils Cl will not be a suitable tracer of water and will instead enter other Cl pools (Clorg and biomass) that prolong residence times in the system.
  • Cl dominates import and export from terrestrial ecosystems while Clorg and biomass Cl can dominate the standing stock Cl within terrestrial ecosystems.
  • Both Cl and Clorg pools have to be considered separately in future monitoring programs addressing Cl cycling.

Further, there are also indications (in need of confirmation by additional studies) that:

  • There is a rapid and large uptake of Cl by organisms and an accumulation in green plant parts. A surprisingly large proportion of total catchment Cl (up to 60%) can be found in the terrestrial biomass.
  • Emissions of total volatile organohalogens could be a significant export pathway of Cl from the systems.
  • Some of the Clorg may be very persistent and resist degradation better than average organic matter. This may lead to selective preservation of some Clorg (with associated low bioavailability).
  • There is a production of Clorg in tissues of e.g. plants and animals and Cl can accumulate as
  • chlorinated fatty acids in organisms.

Most other nevertheless important aspects are largely unknown due to lack of data. Key unknowns include:

  • The development over time of major Cl pools and fluxes. As long as such data is lacking we cannot assess net changes over time.
  • How the precesses behind chlorination, dechlorination and transport patterns in terrestrial systems are regulated and affected by environmental factors.
  • The ecological roles of the chlorine cycling in general.
  • The ecological role of the microbial chlorination in particular.
  • The chlorine cycling in aquatic environments – including Cl and Clorg pools in sediment and water, are largely missing.

Given the limited present information available, and particularly the lack of data with a temporal dimension and the lack of process understanding, predictive models are challenging. We also summarize currently available methods to study Cl in the environment.

Abstract [sv]

Klor-36 (36Cl), en radioisotop med en halveringstid på 301 000 år, förekommer i vissa typer av radioaktivt avfall. För att kunna förutse vad som händer om 36Cl når markytan är det viktigt att veta hur klor kan omvandlas och transporteras i olika ekosystem. Denna rapport syftar till att sammanfatta kunskapsläget om klor i naturmiljöer med fokus på landmiljöer.

Synen på klor i naturen är under omfattande förändring till följd av de senaste decenniernas forskning. Det står nu helt klart att klorid (Cl) som tidigare betraktats som icke-reaktiv och totalt dominerande, istället är i hög grad reaktiv och inte alltid utgör den dominerande klorformen.

Utifrån de studier som presenteras i rapporten är det tydligt att:

  • Det sker en omfattande naturlig klorering av organiskt material i många miljöer och inte minst i ytliga marklager.
  • Mängden organiskt bunden klor (Clorg) är i många miljöer betydligt högre än mängden Cl. Därmed dominerar Clorg ofta det totala klorförrådet i exempelvis mark.
  • Detta har stor inverkan på transporten av klor eftersom Clorg till stor del finns i partikulärt organiskt material medan Cl är mycket vattenlösligt. Cl som når ytliga marklager är t ex inte lämpligt som spårämne för markvattenflöden såsom tidigare antagits. Cl kommer till stor del att bindas in till Clorg -förrådet och därmed förlänga uppehållstiden i ekosystemen.
  • Cl dominerar både importen och exporten från terrestra ekosystem medan Clorg kan dominera stationära klorförråd i systemen.
  • Framtida mätningar med syfte att klargöra kloromsättning och klorflöden behöver beakta Cl och Clorg separat.

Därtill finns ett antal troligen viktiga indikationer som skulle behöva bekräftas av ytterligare studier. Dessa inkluderar att:

  • Det sker ett snabbt och omfattande upptag av Cl av organismer och klor tycks ackumuleras i grön växtbiomassa. En stor andel av den totala klormängden i avrinningsområden (upp till 60% i en studie) har påträffats i den terrester biomassa.
  • Avgång av flyktiga klorerade kolväten kan vara en stor okänd exportväg för klor från ekosystem.
  • En del Clorg verkar vara betydligt mer motståndskraftigt mot nedbrytning än det genomsnittliga organiska materialet. Detta kan leda till att Clorg bevaras selektivt i mark och därmed också mindre tillgängligt för mikroorganismer.
  • Det sker en klorering av organiskt material i levande biomassa och klor kan ansamlas som klorerade fettsyror i organismer.

Övriga aspekter på klor i naturen är till stora delar okända. Centrala okända aspekter inkluderar:

  • Hur klor-förråden utvecklas över tid. Detta är centralt för att förstå förändringar över tid och reglering i förråden.
  • Reglering av klorerings-, deklorerings- och transportprocesser, samt hur dessa påverkas av olika miljövariabler och miljöförhållanden.
  • Den ekologiska förklaringen till varför så många organismer utför klorering av organiskt material.
  • Omsättning av klor i akvatiska system. Här saknas separata data gällande Cl– och Clorg både i sediment och i vattenfasen.

 

Rapporten fokuserar framför allt på terrestra aspekter av klorcykeln och innehåller också information om vanliga metoder för mätning av olika klorföreningar.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Co , 2013. , 46 p.
Series
Technical Report, ISSN 1404-0344 ; TR-13-26
Keyword [en]
biogeochemistry, chlorine, natural organochlorines, radioactive waste, nuclear energy
Keyword [sv]
biogeokemi, klor, naturliga klororganiska föreningar, radioaktivt avfall, kärnenergi
National Category
Environmental Sciences Geochemistry Geosciences, Multidisciplinary
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-106653OAI: oai:DiVA.org:liu-106653DiVA: diva2:717801
Available from: 2014-05-17 Created: 2014-05-17 Last updated: 2015-01-14Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Chlorine cycling and fates of 36Cl in terrestrial environments(1086 kB)235 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1086 kBChecksum SHA-512
6f0bdc66e72b281259694a9224008101208c6a214b9bee20384089f18cd3c4637cc8280dca8d5e6e8eb420ac0d1ea126f8903a2d3f42abccdc0cdad5dbdff836
Type fulltextMimetype application/pdf

Other links

http://www.skb.se/publikationer

Authority records BETA

Bastviken, DavidSvensson, TeresiaSandén, PerKylin, Henrik

Search in DiVA

By author/editor
Bastviken, DavidSvensson, TeresiaSandén, PerKylin, Henrik
By organisation
Department of Water and Environmental StudiesFaculty of Arts and Sciences
Environmental SciencesGeochemistryGeosciences, Multidisciplinary

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 235 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 451 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf