Application of Geochemical Tracers to Fluvial Sediment

این کتاب نگاهی عمیق به نظریه و روش‌های ذاتی در ردیابی رسوبات رودخانه‌ای دارد. ردیاب‌های بررسی‌شده شامل داده‌های غلظت چند عنصری، رادیونوکلئیدهای ریزشی (به عنوان مثال، ²¹⁰Pb، ¹³⁷Cs، ⁷Be)، ایزوتوپ‌های رادیوژنیک (به ویژه آنهایی هستند که از سرب، Sr، و Nd)، و ایزوتوپ‌های پایدار جدید ("غیر سنتی") (مانند Cd، Cu، Hg، و Zn)، که مورد دوم کاربردشان را مدیون پیشرفت‌های اخیر در شیمی تحلیلی است. هدف مورد نظر جایگزینی تجزیه و تحلیل‌های «سنتی» بیشتر از سیستم رسوبات رودخانه‌ای نیست، بلکه نشان دادن این است که چگونه می‌توان از مطالعات ردیاب/اثرانگشت برای دستیابی به بینش‌هایی در مورد عملکردهای سیستم استفاده کرد که در غیر این صورت ممکن نبود. سپس متن خلاصه‌ای از نقاط قوت و محدودیت‌های تکنیک‌های مورد بررسی را از نظر تفکیک زمانی و مکانی، الزامات داده‌ها و عدم قطعیت‌های نتایج تولید شده در اختیار محققان و مدیران حوضه قرار می‌دهد.

استفاده از ردیاب‌های زیست‌محیطی در دهه گذشته به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته است، زیرا مشخص شده است که مستندسازی منشأ و پراکندگی آلاینده‌های مرتبط با رسوب و رسوب برای کاهش اثرات بالقوه مضر آنها بر اکوسیستم‌های آبی ضروری است. علاوه بر این، ثابت شده است که استفاده از برنامه‌های پایش برای تعیین منبع رسوبات به بدنه آبی، فرآیندی پرهزینه، کار فشرده و طولانی‌مدت با وضوح فضایی است که توسط تعداد مکان‌های نظارتی که می‌توان به طور موثر نگهداری کرد، محدود شده است. رویکردهای جایگزین، از جمله شناسایی و تجزیه و تحلیل مناطق مرتفع فرسوده و استفاده از روال‌های مدل‌سازی توزیع‌شده نیز مشکل‌ساز هستند. کاربرد ردیاب‌ها در محیط‌های رودخانه‌ای به گونه‌ای تکامل یافته است که آنها بر رسوبات از دو منبع کلی تمرکز می‌کنند: مناطق مرتفع و منابع نقطه‌ای خاص، محلی و انسانی. از اهمیت ویژه‌ای برای اولی، توسعه روش‌های انگشت نگاری ژئوشیمیایی است که منشأ رسوب (و به میزان بسیار کمتری، آلاینده‌های مرتبط با رسوب) را در مقیاس حوضه کمیت می‌کند. این روش‌ها تا حد زیادی مستقل از استفاده از ردیاب‌ها برای مستندسازی مسیرهای منبع و پراکندگی ذرات آلوده از منابع نقطه‌ای آلودگی انسانی در مقیاس راهروی رودخانه توسعه یافته‌اند. احتمالاً مطالعات آتی ادغام نقاط قوت هر دو رویکرد را آغاز خواهد کرد و در عین حال با تکیه بر انواع ردیاب‌های متعدد برای رسیدگی به مسائل مدیریتی و نظارتی، به‌ویژه در زمینه زمینه به سرعت در حال توسعه پزشکی قانونی محیطی، اقدام خواهد کرد.

This book takes an in-depth look at the theory and methods inherent in the tracing of riverine sediments. Examined tracers include multi-elemental concentration data, fallout radionuclides (e.g., ²¹⁰Pb, ¹³⁷Cs, ⁷Be), radiogenic isotopes (particularly those of Pb, Sr, and Nd), and novel (“non-traditional”) stable isotopes (e.g., Cd, Cu, Hg, and Zn), the latter of which owe their application to recent advances in analytical chemistry. The intended goal is not to replace more ‘traditional’ analyses of the riverine sediment system, but to show how tracer/fingerprinting studies can be used to gain insights into system functions that would not otherwise be possible. The text, then, provides researchers and catchment managers with a summary of the strengths and limitations of the examined techniques in terms of their temporal and spatial resolution, data requirements, and the uncertainties in the generated results.

The use of environmental tracers has increased significantly during the past decade because it has become clear that documentation of sediment and sediment-associated contaminant provenance and dispersal is essential to mitigate their potentially harmful effects on aquatic ecosystems. Moreover, the use of monitoring programs to determine the source of sediments to a water body has proven to be a costly, labor intensive, long-term process with a spatial resolution that is limited by the number of monitoring sites that can be effectively maintained. Alternative approaches, including the identification and analysis of eroded upland areas and the use of distributed modeling routines also have proven problematic. The application of tracers within riverine environments has evolved such that they focus on sediments from two general sources: upland areas and specific, localized, anthropogenic point sources. Of particular importance to the former is the development of geochemical fingerprinting methods that quantify sediment provenance (and to a much lesser degree, sediment-associated contaminants) at the catchment scale. These methods have largely developed independently of the use of tracers to document the source and dispersal pathways of contaminated particles from point-sources of anthropogenic pollution at the reach- to river corridor-scale. Future studies are likely to begin merging the strengths of both approaches while relying on multiple tracer types to address management and regulatory issues, particularly within the context of the rapidly developing field of environmental forensics.