هسته‌ای در کشاورزی – ۲| پایش کیفیت و آلودگی آب‌های زیرزمینی

به گزارش خبرنگار اقتصادی خبرگزاری تسنیم؛ این روش‌ها با بهره‌گیری از ایزوتوپ‌های پایدار و پرتوزا، امکان تحلیل دقیق مسیر حرکت آلاینده‌ها، تعیین سن آب‌های زیرزمینی و شناسایی منابع آلودگی را فراهم می‌کنند. آب زیرزمینی به‌عنوان یکی از منابع حیاتی تأمین آب شرب، کشاورزی و صنعتی، نقش بسزایی در توسعه پایدار جوامع ایفا می‌کند. با افزایش فعالیت‌های انسانی، از جمله کشاورزی فشرده، صنایع شیمیایی و دفع نامناسب پسماندها، خطر آلودگی این منابع افزایش یافته است. شناسایی دقیق منابع آلودگی، مسیر حرکت آلاینده‌ها و تعیین سن آب‌های زیرزمینی، برای مدیریت مؤثر و حفاظت از این منابع ضروری است. در این راستا، فناوری‌های هسته‌ای، به‌ویژه تکنیک‌های ایزوتوپی، ابزارهای قدرتمندی برای مطالعه و پایش آب‌های زیرزمینی فراهم کرده‌اند. این روش‌ها با بهره‌گیری از ایزوتوپ‌های پایدار و پرتوزا، امکان تحلیل دقیق فرآیندهای هیدروژئولوژیکی، شناسایی منابع آلودگی و ارزیابی اثربخشی اقدامات اصلاحی را فراهم می‌کنند.

اصول کلی تکنیک‌های ایزوتوپی در هیدروژئولوژی

ایزوتوپ‌ها اتم‌هایی از یک عنصر هستند که تعداد نوترون‌های متفاوتی دارند. این تفاوت در جرم باعث می‌شود که ایزوتوپ‌ها در فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی رفتارهای متفاوتی از خود نشان دهند. در هیدروژئولوژی (Hydrogeology) از این ویژگی برای ردیابی مسیر حرکت آب، تعیین سن آب‌های زیرزمینی و شناسایی منابع آلودگی استفاده می‌شود. ایزوتوپ‌ها به دو دسته پایدار و پرتوزا تقسیم می‌شوند. در این میان، ایزوتوپ‌های پرتوزا دارای نیمه‌عمر مشخصی هستند و برای تعیین سن آب‌های زیرزمینی به کار می‌روند.

کاربرد ایزوتوپ‌های پایدار در ردیابی آلودگی

1. ایزوتوپ‌های هیدروژن و اکسیژن

نسبت ایزوتوپ‌های هیدروژن و اکسیژن در مولکول‌های آب می‌تواند اطلاعاتی درباره منشأ آب، تبخیر، بارش و اختلاط منابع مختلف آب فراهم کند. این اطلاعات برای شناسایی مسیر حرکت آب و منابع تغذیه آب‌های زیرزمینی مفید است.

2. ایزوتوپ‌های نیتروژن

ایزوتوپ نیتروژن برای شناسایی منابع نیتروژن در آب‌های زیرزمینی استفاده می‌شود. نسبت  این ایزوتوپ‌ها، می‌تواند بین منابع مختلف نیتروژن مانند کودهای شیمیایی، فاضلاب انسانی و کودهای حیوانی تمایز قائل شود.

3. ایزوتوپ‌های کربن

ایزوتوپ کربن برای مطالعه فرآیندهای بیوشیمیایی در آب‌های زیرزمینی، مانند تخریب مواد آلی و فعالیت‌های میکروبی، به کار می‌رود. تغییرات در نسبت کربن 12 و 13 می‌تواند نشان‌دهنده فرآیندهای تجزیه و تخریب آلاینده‌ها باشد.

کاربرد ایزوتوپ‌های پرتوزا در تعیین سن آب‌های زیرزمینی

تریتیوم

تریتیوم با نیمه‌عمر 12.3 سال، برای تعیین سن آب‌های زیرزمینی جوان (کمتر از 50 سال) استفاده می‌شود. میزان تریتیوم در آب می‌تواند نشان‌دهنده زمان تغذیه آبخوان باشد.

کربن 14

کربن 14 با نیمه‌عمر 5730 سال، برای تعیین سن آب‌های زیرزمینی قدیمی‌تر (تا حدود 30٬000 سال) به کار می‌رود. میزان کربن 14 در آب می‌تواند اطلاعاتی درباره زمان تغذیه و مسیر حرکت آب فراهم کند.

کلر 36

کلر 36 با نیمه‌عمر 301٬000 سال، برای تعیین سن آب‌های بسیار قدیمی (تا حدود یک میلیون سال) استفاده می‌شود. این ایزوتوپ برای مطالعه آب‌های عمیق و قدیمی مفید است.

شناسایی منابع آلودگی با استفاده از ایزوتوپ‌ها

تکنیک‌های ایزوتوپی می‌توانند برای شناسایی منابع مختلف آلودگی در آب‌های زیرزمینی به کار روند. به‌عنوان مثال، با اندازه‌گیری نسبت  نیتروژن 14 و 15 می‌توان بین نیتروژن حاصل از کودهای شیمیایی و فاضلاب انسانی تمایز قائل شد. همچنین، ایزوتوپ‌های کربن 13 و گوگرد 34 می‌توانند برای شناسایی منابع آلودگی آلی و گوگردی مفید باشند.

مزایای استفاده از تکنیک‌های ایزوتوپی

• دقت بالا: تکنیک‌های ایزوتوپی امکان شناسایی دقیق منابع آلودگی و مسیر حرکت آلاینده‌ها را فراهم می‌کنند.
• اطلاعات زمانی: با تعیین سن آب‌های زیرزمینی، می‌توان اطلاعاتی درباره زمان تغذیه و مسیر حرکت آب به دست آورد.
• غیرمخرب بودن: این روش‌ها غیرمخرب هستند و تأثیری بر کیفیت آب ندارند.
• قابلیت استفاده در شرایط پیچیده: تکنیک‌های ایزوتوپی در شرایط هیدروژئولوژیکی پیچیده نیز قابل استفاده هستند.

چالش‌ها و محدودیت‌ها

• هزینه بالا: تجهیزات و تحلیل‌های ایزوتوپی ممکن است هزینه‌بر باشند.
• نیاز به تخصص: تفسیر داده‌های ایزوتوپی نیاز به دانش تخصصی دارد.
• دسترسی محدود: در برخی مناطق، دسترسی به تجهیزات و آزمایشگاه‌های ایزوتوپی محدود است.

جمع‌بندی

تکنیک‌های ایزوتوپی به‌عنوان ابزارهای پیشرفته و دقیق، نقش بسزایی در شناسایی، پایش و مدیریت آلودگی آب‌های زیرزمینی ایفا می‌کنند. با بهره‌گیری از این روش‌ها، می‌توان اطلاعات دقیقی درباره منشأ آلودگی، مسیر حرکت آلاینده‌ها و سن آب‌های زیرزمینی به دست آورد. این اطلاعات برای برنامه‌ریزی و اجرای اقدامات اصلاحی مؤثر و حفاظت از منابع آب زیرزمینی ضروری است.

با توجه به چالش‌های پیش‌روی انسان در سال‌های آینده، از جمله افزایش فعالیت‌های انسانی و تغییرات اقلیمی، استفاده از تکنیک‌های ایزوتوپی در مدیریت منابع آب زیرزمینی اهمیت فزاینده‌ای یافته است. سرمایه‌گذاری در توسعه زیرساخت‌های لازم، آموزش نیروی انسانی متخصص و ارتقای همکاری‌های بین‌المللی می‌تواند به بهره‌برداری مؤثرتر از این فناوری‌ها کمک کند.

انتهای پیام/