58 AΓΡΟΤΗΣ 2023 / TEΥΧΟΣ 487 ΦΥΣΙΚΟΙ ΠΟΡΟΙ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Ισοτοπική υδρογεωλογία και οι εφαρμογές της Η ισοτοπική υδρογεωλογία είναι μια τεχνική της υδρογεωλογίας η οποία συνδυάζει αρχές της γεωχημείας και της υδρογεωλογίας. Χρησιμοποιεί τη φυσική παρουσία σταθερών και ραδιενεργών ισοτόπων στα νερά με σκοπό να αξιολογήσει και να εκτιμήσει την προέλευση και την ηλικία υπόγειων και επιφανειακών νερών καθώς επίσης για τη μελέτη των διαφόρων διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στον υδρολογικό κύκλο. Περεταίρω, το φάσμα των εφαρμογών της ισοτοπικής υδρογεωλογίας περιλαμβάνει αξιολόγηση των πηγών ρύπανσης και ανθρωπογενείς επιδράσεις σε οικοσυστήματα (Καλέργης 2001). Ισότοπα είναι ίδια χημικά στοιχεία (άτομα) με τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων και ατομικό αριθμό αλλά με διαφορετικό αριθμό νετρονίων στον πυρήνα τους. Ως εκ τούτου και παρόλο που πρόκειται για τα ίδια χημικά στοιχεία, τα ισότοπα ενός ατόμου έχουν ελαφρώς διαφορετικές φυσικές και χημικές ιδιότητες (Εικόνα 1). Εικόνα 1: Περιβαλλοντικά ισότοπα στον υδρολογικό κύκλο. Τα ραδιενεργά ισότοπα παρουσιάζονται με γκρίζο φόντο. (Πηγή: IAEA 2001) Για παράδειγμα τα ισότοπα του οξυγόνου και του υδρογόνου με τον μεγαλύτερο αριθμό νετρονίων, τα «βαρύτερα» ισότοπα, δημιουργούν πιο δυνατούς δεσμούς συνοχής και έχουν χαμηλότερη κινητικότητα στα μόρια του νερού. Συνεπώς, όποτε υπάρχει αλλαγή φάσης του νερού, όπως είναι για παράδειγμα η εξάτμιση (μετατροπή του νερού σε υδρατμούς) και η βροχόπτωση (μετατροπή των υδρατμών σε νερό), τα βαρύτερα ισότοπα τείνουν να παραμένουν στην, πιο «οργανωμένη», υγρή φάση, αλλάζοντας έτσι την αρχική αναλογία των ισοτόπων στο νερό. Η διεργασία αυτή, η αλλαγή δηλαδή της αρχικής ισοτοπικής σύστασης του νερού, ονομάζεται κλασμάτωση και χρησιμοποιείται στην ισοτοπική υδρογεωλογία πρωτίστως για σκοπούς προσδιορισμού της πηγής των νερών και εκτίμησης του υψομέτρου εμπλουτισμού του υπόγειου νερού (Clark, 2001, IAEA 2001). Τα ραδιενεργά ισότοπα, σε αντίθεση με τα σταθερά, διασπώνται σε ένα ή περισσότερα θυγατρικά ισότοπα ή στοιχεία. Κατά τη διαδικασία της διάσπασης, τα ραδιενεργά ισότοπα εκπέμπουν ενέργεια υπό την μορφή ακτινοβολίας (α, β ή/και γ). Ο χρόνος διάσπασης ή «υποδιπλασιασμού» είναι το χρονικό διάστημα που απαιτείται για τη μείωση της συγκέντρωσης του ισότοπου στο μισό της αρχικής. Συνεπώς, η συγκέντρωση ραδιενεργών ισοτόπων στο νερό και ο χρόνος υποδιπλασιασμού τους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό της ηλικίας του νερού. Εφαρμογές Σταθερά φυσικά ισότοπα Οι πιο συχνές εφαρμογές σταθερών ισοτόπων περιλαμβάνουν τα ισότοπα του υδρογόνου-2 ή «δευτέριο» (δD σε ‰) και του οξυγόνου-18 (δ18O σε ‰) τα οποία χρησιμοποιούνται σαν φυσικοί ιχνηθέτες στον υδρολογικό κύκλο, από τη στιγμή της δημιουργίας των σταγόνων της βροχής, ή νιφάδων του χιονιού, μέχρι τον εμπλουτισμό των υπογείων νερών. Η εφαρμογή αυτή χρησιμοποιείται πρωτίστως για σκοπούς διερεύνησης της πηγής προέλευσης των νερών και του υψομέτρου εμπλουτισμού του. Πιο συγκεκριμένα, η ισοτοπική σύσταση της βροχόπτωσης σε μια συγκεκριμένη γεωγραφική περιοχή εξαρτάται από το υψόμετρο. Δηλαδή η ισοτοπική σύσταση της βροχόπτωσης στα παράλια είναι διαφορετική (πιο «βαριά») από αυτήν στα ψηλότερα ορεινά, η οποία είναι ισοτοπικά πιο «ελαφριά» (Εικόνα 2). Εικόνα 2: Η εξέλιξη του 18Ο κατά τη διάρκεια της βροχόπτωση με βάση το Rayleigh distillation Trend (Πηγή: Clark, 2001, IAEA 2001 ) Αφού καθοριστεί η σχέση υψομέτρου και ισοτοπικής σύστασης της βροχόπτωσης σε μια συγκεκριμένη γεωγραφική περιοχή, η προέλευση και το υψόμετρο εμπλουτισμού του νερού μιας γεώτρησης ή μιας πηγής μπορούν να καθοριστούν με την μέθοδο των σταθερών ισοτόπων του υδρογόνου και του οξυγόνου. Μπορεί επίσης να εκτιμηθεί ο βαθμός συνεισφοράς «απολιθωμένου» (μη ανανεώσιμου) νερού στο νερό μιας γεώτρησης ως επίσης ο βαθμός επηρεασμού του απο τη θαλάσσια διείσδυση, σε παράκτιες περιοχές. Περεταίρω, ανάμεσα σε άλλα, το ανακυκλωμένο νερό, το αφαλατωμένο νερό και τα υγρά λύματα, έχουν διαφορετική ισοτοπική σύσταση από το φυσικό μετεωρικό νερό και συνεπώς η πηγή ή/και ο βαθμός ανάμιξής τους σε ένα δείγμα νερού μπορούν να καθοριστούν με την συγκεκριμένη μεθοδολογία (Clark, 2001, IAEA 2001, Καλλέργης 2001, Mook, 2005). Περαιτέρω, η πηγή προέλευσης των νιτρικών αλάτων στα νερά μπορεί να εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας τα ισότοπα του οξυγόνου-18 και του αζώτου-15 (δ15N). Δηλαδή υπάρχει η δρ Χρίστος Χριστοφή Ανώτερος Γεωλογικός Λειτουργός Τμήμα Γεωλογικής Επισκόπησης
RkJQdWJsaXNoZXIy MzU4MTg0