Chemistry of marine water and sediments: with 106 tables
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2002
|
| Schriftenreihe: | Environmental science
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Table of contents Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Includes bibliographical references and index |
| Beschreibung: | XVIII, 508 S. Ill., graph. Darst., Kt. |
| ISBN: | 354042055X |
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| 650 | 4 | |a Cycles biogéochimiques | |
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| adam_text | PART I BIOGEOCHEMICAL PROCESSES AT THE AIR-WATER AND WATER-SEDIMENT
INTERFACE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 SEA WATER AS AN ELECTROLYTE . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 3 1.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 3 1.1.1 COMPOSITION OF AVERAGE SEA WATER . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 THE CONCEPT OF SALINITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1.3 CAUSES OF
MAJOR COMPONENTS NOT BEING CONSERVATIVE . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 8 1.1.4 PHYSICAL PROPERTIES OF NATURAL WATERS . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2 MODELLING THE
PHYSICAL PROPERTIES OF NATURAL WATERS . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 18 1.3 ESTIMATING THE PROPERTIES OF MIXED ELECTROLYTES
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.4
ESTIMATING TRANSPORT PROPERTIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 ACKNOWLEDGEMENTS
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 REFERENCES . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2 THE CHEMICAL
AND PHYSICAL PROPERTIES OF MARINE AEROSOLS: AN INTRODUCTION . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.1 INTRODUCTION . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.1.1 PHYSICAL
CHARACTERISTICS OF AEROSOLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 37 2.1.2 THE ROLE OF CLOUDS IN THE AEROSOL
CYCLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.1.3 THE GLOBAL DISTRIBUTION OF AEROSOLS OVER THE OCEANS . . . . . . .
. . . . . . . . . . 41 2.1.4 AEROSOL COMPOSITION . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 45 2.1.5 TEMPORAL VARIABILITY OF MARINE AEROSOLS . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.2 SEA SALT AEROSOLS . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.2.1 SEA SALT
PRODUCTION AND SIZE DISTRIBUTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 49 2.2.2 THE CONTRIBUTION OF SEA SALT TO
SUBMICROMETRE AEROSOL . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.2.3 SEA SALT
AEROSOL AND NEW PARTICLE PRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 51 2.3 THE OCEANIC ATMOSPHERIC SULPHUR CYCLE . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.3.1
GLOBAL SULPHUR BUDGETS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.3.2 SO 2 AND NSS-SO 4
2* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.3.3 DMS AND THE ATMOSPHERIC
SULPHUR CYCLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54 2.3.4 MSA AND NSS-SO 4 2* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.3.5
NEW-PARTICLE PRODUCTION FROM DMS OVER THE OCEAN . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 55 2.3.6 IMPACT ON CLIMAT . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 58 2.4 THE OCEANIC ATMOSPHERIC CYCLE OF NITRATES AND AMMONIUM . .
. . . . . . . . . . . . . . . 58 2.4.1 GLOBAL BUDGETS OF NO Y AND NH
X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 59 CONTENTS CONTENTS VIII 2.4.2 CONCENTRATIONS OF NITRATE AND
AMMONIUM IN THE MARINE ATMOSPHERE . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.4.3 NITRATE AND AMMONIUM AEROSOL PROPERTIE . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 61 2.4.4 ORGANIC NITROGEN AEROSOL . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 62 2.4.5 TRENDS IN NITRATE AND AMMONIUM IN POLLUTION AEROSOL
. . . . . . . . . . . . . . . . 62 2.4.6 ATMOSPHERIC DEPOSITION AND
THE NITROGEN-NUTRIENT BUDGET IN THE OCEAN . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 63 2.5 MINERAL DUST IN THE MARINE ATMOSPHERE . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2.5.1
GLOBAL DISTRIBUTION OF DUST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2.5.2 SOURCES OF DUST . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.5.3 ELEMENTAL COMPOSITION . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 67 2.5.4 MINERALOGICAL COMPOSITION . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.5.5 DEPOSITION OF DUST TO THE OCEANS . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.5.6 IMPACT OF DUST ON
MARINE BIOGEOCHEMISTRY CYCLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72 2.5.7 THE IMPACT OF AFRICAN DEPOSITION ON THE NUTRIENT CYCLE . . . .
. . . . . . . . . . 72 2.6 OTHER AEROSOL SPECIES AND THE IMPACT OF
CONTINENTAL SOURCE . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 2.7
CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 77 3 PHOTOCHEMICAL PROCESSES IN THE EUPHOTIC ZONE OF SEA WATER:
PROGRESS AND PROBLEMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 3.1
INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83 3.2 GENERAL FRAMEWORK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.2.1 SOLAR FLUX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.2.2 LIGHT ATTENUATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.2.3
FACTORS INFLUENCING PHOTOREACTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 86 3.3 MAIN PHOTOPROCESSES OCCURRING
IN WATER AND AIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87 3.3.1 DIRECT PHOTOLYSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.3.2 INDIRECT PHOTOREACTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.4 ROLE OF
IRON AND CHLORINE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3.4.1 INORGANIC
CL FORMATION IN THE MARINE ENVIRONMENT . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 95 3.4.2 ROLE OF IRON IN SURFACE WATERS . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.4.3
INTERACTIONS BETWEEN IRON AND CHLORIDE . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 99 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 102 4 SEDIMENTARY ORGANIC MATTER
PRESERVATION AND ATMOSPHERIC O2 REGULATION . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 4.1
INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.2 GLOBAL CYCLES OF CARBON AND OXYGEN . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 4.3 ORGANIC MATTER
PRESERVATION AND SEDIMENT TEXTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 108 4.4 OXYGEN EFFECTS ON SEDIMENTARY PRESERVATION . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 4.5
MAINTAINING ATMOSPHERIC O 2 WITHIN SAFE BOUNDS . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 114 4.6 THE MINERAL CONVEYER BELT AND
SEDIMENTARY AFTERBURNER . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
ACKNOWLEDGEMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
121 IX CONTENTS 5 PARTICULATE ORGANIC MATTER COMPOSITION AND FLUXES IN
THE SEA . . . . . . . . 125 5.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 125 5.2 RELATION OF CARBON FLUX WITH
PRIMARY PRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
126 5.2.1 SPATIAL RELATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 5.2.2
TEMPORAL RELATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 5.3 RELATION OF
CARBON FLUX WITH DEPTH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 130 5.4 COMPOSITIONAL CHANGES DURING
DEGRADATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
135 5.4.1 INITIAL COMPOSITION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 5.4.2
DIAGENETIC INDICATORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 5.4.3 HETEROTROPHIC
ALTERATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 139 5.4.4 UNCHARACTERIZED MATERIAL . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 141 ACKNOWLEDGEMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
143 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
143 6 DIAGENESIS OF ORGANIC MATTER AT THE WATER-SEDIMENT INTERFACE .
. . . . . . . 147 6.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 147 6.2 CONTROLS ON ORGANIC MATTER DIAGENESIS . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
148 6.3 COMPOSITIONAL CHANGES RESULTING FROM ORGANIC MATTER DIAGENESIS .
. . . . . . . 152 6.3.1 ELEMENTAL COMPOSITIONS . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
6.3.2 BIOMARKERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 6.4
OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
161 ACKNOWLEDGEMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
162 7 SEDIMENTARY GEOCHEMISTRY OF THE CARBONATE AND SULPHIDE SYSTEMS AND
THEIR POTENTIAL INFLUENCE ON TOXIC METAL BIOAVAILABILITY . . . . . . . .
. . . . 165 7.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 165 7.2 BASIC CHEMICAL CONSIDERATIONS . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
166 7.2.1 THE CARBONIC ACID AND HYDROGEN SULPHIDE SYSTEMS . . . . . . .
. . . . . . . . . . 166 7.2.2 REDOX REACTIONS . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 168 7.2.3 CARBONATE AND SULPHIDE MINERALS . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 7.2.4 ISOTOPES
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 7.3 SEDIMENTARY
GEOCHEMISTRY OF CARBONATE AND SULPHIDE SYSTEMS . . . . . . . . . . .
178 7.3.1 *NORMAL* MARINE SEDIMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 7.3.2 CARBONATE-RICH
SEDIMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 182 7.4 INTERACTIONS OF TOXIC METALS WITH
SULPHIDES IN ANOXIC SEDIMENTS . . . . . . . . . . 184 7.4.1 GENERAL
CONSIDERATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 184 7.4.2 *PYRITIZATION* OF TRACE
METALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 185 ACKNOWLEDGEMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 187 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 187 PART II CHEMICAL EQUILIBRIA AND SPECIATION IN SEA WATER .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 8 SPECIATION OF METALS IN
NATURAL WATER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 193 8.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 193 CONTENTS X 8.2 EFFECT OF INORGANIC SPECIATION
ON THE SOLUBILITY OF METALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
8.3 ESTIMATION OF THE ACTIVITY COEFFICIENTS OF IONS IN NATURAL WATERS .
. . . . . . . . . . 199 8.4 THE MIAMI IONIC INTERACTION MODEL . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
202 8.5 RELIABILITY OF THE MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.6 SPECIATION OF METALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 8.7
FORMATION OF METAL ORGANIC COMPLEXES . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 211 8.8 FUTURE OF THE MODEL . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 217 ACKNOWLEDGEMENTS . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 217 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 217 9 BINDING ABILITY OF INORGANIC MAJOR
COMPONENTS OF SEA WATER TOWARD SOME CLASSES OF LIGANDS, METAL AND
ORGANOMETALLIC CATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 9.1
INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
9.2 ARTIFICIAL SEA WATER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
9.2.1 THE MAJOR COMPONENTS OF SEA WATER AS A SINGLE SEA SALT: THE *
SINGLE SALT APPROXIMATION * . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 222 9.3 INTERACTIONS OF ACID-BASE
SYSTEMS WITH THE COMPONENTS OF ARTIFICIAL SEA WATER . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 225 9.3.1 ORGANIC LIGANDS . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 226 9.3.2 INORGANIC LIGANDS . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
241 9.3.3 METALS AND ORGANOMETALLIC COMPOUNDS . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 243 9.4 DISCUSSION AND CONCLUSIONS . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 248 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 250 APPENDIX . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 253 A9.1 ABBREVIATIONS AND FORMULA . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 253 A9.2 TABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 255 10 EQUILIBRIUM ANALYSIS, THE IONIC MEDIUM METHOD AND ACTIVITY
FACTORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 10.1
INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
10.2 EQUILIBRIUM ANALYSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
10.3 ACTIVITY FACTORS IN MULTI-COMPONENT ELECTROLYTE SYSTEMS . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 266 10.4 THE PITZER AND THE
BROENSTED-GUGGENHEIM-SCATCHARD ION INTERACTION MODELS . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 267 10.5 COMPARISON OF THE SIT AND PITZER MODELS . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 10.6
DETERMINATION OF INTERACTION PARAMETERS . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 REFERENCES . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 11 ACID-BASE EQUILIBRIA
IN SALINE MEDIA: APPLICATION OF THE MEAN SPHERICAL APPROXIMATION . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 283 11.1 INTRODUCTION . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 11.2 ACID-BASE EQUILIBRIA
IN SALINE MEDIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 283 11.3 P K * VS. IONIC STRENGTH EQUATIONS . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 285 11.4 THE MEAN SPHERICAL APPROXIMATION: ESTIMATION OF Q (
G ) TERM BY USE OF THE MSA MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
11.5 COMPARISON WITH THE PITZER MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 XI CONTENTS 11.6
NEUTRAL MOLECULES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 11.7
DATA WE NEED FOR WORKING WITH THE MEAN SPHERICAL APPROXIMATION . . . . .
. . 289 11.8 AN EXAMPLE: FITTING P K * VS. I PLOT BY USE OF MSA FOR
AN ISOCOULOMBIC EQUILIBRIUM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
ACKNOWLEDGEMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
293 12 MODELLING OF NATURAL FLUIDS: ARE THE AVAILABLE DATABASES ADEQUATE
FOR THIS PURPOSE? . . . . . . . . . . . . . . . 295 12.1 INTRODUCTION
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 12.2
EQUILIBRIUM ANALYSIS APPLIED TO THE MODELLING OF NATURAL SYSTEMS . . . .
. . . . . 296 12.3 THE THERMODYNAMIC DATABASE (TDB) EXAMPLE . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 12.3.1 1ST EXAMPLE:
URANIUM-CARBONATE SYSTEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 300 12.3.2 2ND EXAMPLE: LANTHANIDES HYDROLYSIS . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 REFERENCES . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 PART III
TOXICANTS IN MARINE ENVIRONMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 307 13 ENDOCRINE-DISRUPTING CHEMICALS
IN MARINE ENVIRONMENT . . . . . . . . . . . . . . 309 13.1
INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
13.2 DEFINITION OF ENDOCRINE-DISRUPTING CHEMICALS . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 310 13.3 THE EFFECTS OF
ENDOCRINE-DISRUPTING CHEMICALS IN INVERTEBRATES . . . . . . . . . . .
310 13.3.1 GENERAL EFFECTS EXCLUDING IMPOSEX . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 13.3.2 IMPOSEX . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 13.4 THE EFFECTS OF
ENDOCRINE DISRUPTING CHEMICALS IN VERTEBRATES . . . . . . . . . . . . .
313 13.4.1 FISH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 313 13.4.2 REPTILES AND AMPHIBIANS . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 13.4.3
BIRDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
13.4.4 MAMMALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
13.4.5 HUMANS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
319 14 CHEMISTRY OF ORGANIC TOXICANTS IN MARINE ENVIRONMENT . . . . . .
. . . . . . . . . . 325 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 335 15 TOXIC EFFECTS OF ORGANOMETALLIC
COMPOUNDS TOWARDS MARINE BIOTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 337 15.1 ORGANOMETALLIC DERIVATIVES . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
337 15.2 ORGANOARSENIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 337 15.2.1 ORGANOARSENIC DERIVATIVES . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 15.2.2
BIOTRANSFORMATION OF ARSENIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 337 15.2.3 ORGANOARSENIC IN MARINE
BIOTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 338 15.3 ORGANOTIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 352 15.3.1 ORGANOTIN DERIVATIVES . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
352 15.3.2 ORGANOTIN IN THE MARINE BIOTA . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 ACKNOWLEDGEMENTS
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 REFERENCES . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 CONTENTS XII PART IV
ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL METHODOLOGIES FOR SEA WATER . . . . . . . .
383 16 FLOW INJECTION TECHNIQUES FOR THE IN SITU MONITORING OF MARINE
PROCESSES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 16.1
INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
16.1.1 FLOW INJECTION TECHNIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 16.1.2
CHEMILUMINESCENCE DETECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 387 16.1.3 SPECTROPHOTOMETRIC
DETECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 388 16.2 FI-CL DETERMINATION OF IRON IN SEA WATER . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
16.2.1 MARINE CHEMISTRY OF IRON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 16.2.2 FI-CL
MANIFOLD FOR IRON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 390 16.2.3 ENVIRONMENTAL DATA . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 391 16.3 FI-CL DETERMINATION OF COPPER IN SEA
WATER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
16.3.1 MARINE CHEMISTRY OF COPPER . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 16.3.2 FI-CL MANIFOLD
FOR COPPER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 392 16.3.3 ENVIRONMENTAL DATA . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 394 16.4 FI-CL DETERMINATION OF COBALT IN SEA WATER . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 16.4.1 MARINE
CHEMISTRY OF COBALT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 394 16.4.2 FI-CL MANIFOLD FOR COBALT .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 395 16.4.3 ENVIRONMENTAL DATA . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
396 16.5 FI-SPEC DETERMINATION OF NITRATE IN SEA WATER . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398 16.5.1 MARINE CHEMISTRY OF
NITRATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 398 16.5.2 SUBMERSIBLE FI MONITOR . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
398 16.5.3 ENVIRONMENTAL DATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 16.6
CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
ACKNOWLEDGEMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
401 17 LUMINESCENCE FOR THE ANALYSIS OF ORGANIC COMPOUNDS IN NATURAL
WATERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 17.1
INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
17.2 IMMUNOASSAYS IN ENVIRONMENTAL ANALYSIS . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 17.2.1 LUMINESCENT
IMMUNOASSAYS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 404 17.2.2 APPLICATIONS . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 404 17.3 LUMINESCENT RECOMBINANT CELL-BASED BIOSENSORS
IN ENVIRONMENTAL ANALYSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 17.3.1
APPLICATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 17.4
CONCLUSIONS AND FUTURE PERSPECTIVES . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 REFERENCES . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 18 AFFINITY
ELECTROCHEMICAL BIOSENSORS FOR POLLUTION CONTROL . . . . . . . . . . . .
. . 415 18.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 415 18.2 PROCEDURES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 415 18.2.1 ELECTROCHEMICAL MEASUREMENTS . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
18.2.2 DNA SENSOR FOR BINDING COMPOUNDS WITH AN AFFINITY FOR DNA . . . .
. 416 18.2.3 ANALYSIS OF RIVER WATER SAMPLE . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417 XIII CONTENTS
18.3 RESULTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 417 18.3.1 DNA SENSOR FOR BINDING COMPOUNDS WITH AN AFFINITY
FOR DNA . . . . . 417 18.4 CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 419 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 422 19 PALAEOENVIRONMENTAL
RECONSTRUCTIONS USING STABLE CARBON ISOTOPES AND ORGANIC BIOMARKERS . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423 19.1 INTRODUCTION . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423 19.2 STABLE
CARBON ISOTOPES TO IDENTIFY ORGANIC MATTER SOURCES . . . . . . . . . . .
. . . . . 423 19.3 DEPOSITIONAL ENVIRONMENT * ANOXYGENIC
PHOTOSYNTHESIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429 19.4 ALKENONE
PALAEOTHERMOMETER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 19.5 ALKENONE PALAEOBAROMETER
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 437 ACKNOWLEDGEMENTS . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 441 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 441 20 STUDIES OF WATER MASSES MIXING IN THE ROSS
SEA (ANTARCTICA) USING CHEMICAL TRACERS . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
445 20.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 445 20.2 CHEMICAL TRACERS IN OCEANOGRAPHY . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 20.2.1
*NO* AND *PO* AS CHEMICAL TRACERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 447 20.3 THE USE OF NO AND PO AS CHEMICAL
TRACERS IN STUDYING THE MIXING OF WATER MASSES IN THE ROSS SEA SHELF
AREA: A FIELD STUDY . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 20.3.1
SAMPLING AREA AND SEA WATER SAMPLE ANALYSIS . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 448 20.3.2 DISTRIBUTION OF NO AND PO IN DIFFERENT
WATER MASSES . . . . . . . . . . . . . . . 449 ACKNOWLEDGEMENTS . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 454 REFERENCES . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454 21 SOLID SPECIATION AND
SELECTIVE EXTRACTION PROCEDURES: TRACE METAL DISTRIBUTION AND SPECIATION
IN COASTAL SEDIMENTS OF THE ADRIATIC SEA . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 455 21.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 455 21.2 ROLE OF MARINE SEDIMENTS IN THE ENVIRONMENT .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455 21.3
SELECTIVE EXTRACTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
21.3.1 COMMONLY USED EXTRACTION PROCEDURES . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 456 21.4 CASE STUDIES . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 457 21.4.1 PRISMA 2 PROJECT . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 457 21.4.2 INTERREG PROJECT . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 461 21.5 CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 464 ACKNOWLEDGEMENTS . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 466 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 467 22 ORGANIC MATTER SOURCES AND DYNAMICS IN
NORTHERN ADRIATIC COASTAL WATER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469 22.1 INTRODUCTION . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469 22.2 ANALYTICAL
METHODOLOGIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471 22.3 ROLE OF ORGANIC
MATTER DYNAMICS IN NA ENVIRONMENTAL PROBLEMS . . . . . . . . . 474
CONTENTS XIV 22.4 ORGANIC MATTER DISCHARGED BY THE PO RIVER . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478 22.5
INTERANNUAL VARIABILITY OF DOC CONCENTRATIONS IN NA COASTAL WATERS . . .
. . . 478 22.6 COMPOSITION OF DOC . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
480 ACKNOWLEDGEMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
482 INDEX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 485
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