يستخدم الكيميائيون البيئيون حاليًا التغييرات في التركيبات النظائرية لتحديد مصدر الملوثات العضوية ولتقدير معدل ومدى تدهورها البيولوجي.
تتميز المركبات العضوية بتركيبة نظائرية فريدة يمكن استخدامها كـ "بصمة" لها. يستخدم الكيميائيون البيئيون حاليًا التغييرات في التركيبات النظائرية لتحديد مصدر الملوثات العضوية وتقييم معدل ومدى تدهورها البيولوجي في البيئة من خلال فحص النظائر المستقرة التي تكون فريدة لكل مركب.
نشر علماء من ألمانيا مؤخرًا عددًا في مجلة "علوم وتكنولوجيا البيئة" يصف بشكل كامل التطور الكبير الذي حدث في هذا المجال في السنوات الأخيرة.
يؤدي النشاط البشري إلى إنتاج واستخدام كميات هائلة من المواد الكيميائية التي يمكن إطلاقها في البيئة، سواء عن قصد أو عن غير قصد. ومن أمثلة ذلك المبيدات المختلفة المستخدمة في الزراعة لمكافحة الفطريات والحشرات والأعشاب الضارة، وتلوث المياه الجوفية ببقايا الوقود والزيوت من تسرب الخزانات تحت الأرض، والمواد الطبية التي تصل إلى البيئات المائية من خلال محطات معالجة النفايات أو من الحقول الزراعية حيث يتم استخدام الأسمدة التي تحتوي على مضادات حيوية. الانتشار.
ويتعامل الكيميائيون البيئيون مع وجود هذه المواد الكيميائية في البيئة. إنهم يتعاملون مع قضايا مهمة مثل معدل انتشار التلوث والهوية الدقيقة للمتفككات النهائية. ومع ذلك، فإن تقييم عمليات التغيير في البيئات المعقدة يعد مهمة صعبة. تتناقص تركيزات الملوثات بمرور الوقت ليس فقط بسبب تحللها البيولوجي ولكن أيضًا بسبب اختلاطها في البيئة السائلة أو امتصاصها في طبقة التربة. ويمكن أن نستنتج خطأً أن مثل هذا الاختفاء الظاهري لملوث من نظام معين يعد تغييرًا، وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يجعل من الصعب تحديد المدى الدقيق للتلوث الذي اختفى.
وفي مقال رئيسي في العدد الخاص عن النظائر المستقرة، لخص فريق من الباحثين إمكانية فحص مركبات النظائر الفريدة لاستخدامها كأداة لتحديد الخزانات الملوثة وتقييم تفاعل المواد الكيميائية العضوية مع البيئة. في مقالات إضافية، تقدم مجموعة واسعة من الباحثين المجموعة الحالية من المعلومات المتوفرة في هذا المجال.
الطرق التحليلية لفحص مركبات النظائر الفريدة التي تم تطويرها من مجالات علوم الأرض (مثل الكيمياء الجيولوجية) وتستخدم على نطاق واسع اليوم في مجالات متنوعة بما في ذلك العلوم البيئية. تعتمد هذه الطريقة على التوقيع النظائري الفريد لكل عنصر في الطبيعة. على سبيل المثال، يحتوي الكربون على نظيرين مستقرين، الكربون 12 والكربون 13، اللذين لا يتحللان مثل النظير المشع الكربون 14. في الطبيعة، توجد هذه النظائر بنسبها المميزة. كل مركب موجود مع مرور الوقت يحمل في داخله تركيبة نظائرية مميزة (بصمة) مشتقة من المواد الأولية المستخدمة في تحضيره. هذه الحقيقة، على سبيل المثال، تجعل من الممكن التمييز بين الملوثات الطبيعية والملوثات التي من صنع الإنسان أو رسم خريطة للأصل الفريد للملوثات في بعض المصانع.
إحدى السمات المهمة بشكل خاص للتحليل النظائري، من وجهة نظر الكيميائي البيئي، هي أن التغيرات في التركيبات النظائرية للملوثات الفردية تسمح بتحديد عمليات التحلل. ويمكن قياس هذه العمليات كميا، بغض النظر عن إدارة تركيزات المادة. واستنادًا إلى معدل التغير النظائري، يمكن إجراء الحسابات فيما يتعلق بمعدل تفاعلات التحلل وحتى منتجات التحلل النهائية. على سبيل المثال، التحول المميز في التوقيع النظائري يجعل من الممكن التمييز بين التغيرات الميكروبية والتغيرات الكيميائية الضوئية التي تمر عبر المبيدات الحشرية مثل الأترازين التي تنشأ على سطح النباتات أو في الأنهار والبحيرات.
يشير أحد المؤلفين إلى أن: "المناقشة العلمية المتعلقة بأصل تأثيرات النظائر وعواقبها تشجع على إجراء حوار احترافي بين الكيميائيين "النقيين" (الحسابيين)، وعلماء الأرض والبيئة وعلماء البيئة. يمكنكم تعلم الكثير من بعضكم البعض."
وفي هذه المناسبة، فهم العلماء كيف يمكن استخدام تحليل النظائر والرؤى المستمدة من هذه الطريقة في مجالات مختلفة. من ناحية أخرى، يحتوي العدد المذكور بشكل أساسي على مقالات من مجال الكيمياء البيئية والجيوكيمياء. ويوضح الباحث أن "المبادئ الأساسية لهذه الأساليب هي نفسها. نحن نختلف بشكل رئيسي في الأفق الزمني ومستوى التطور الذي نحتاجه لفهم عملياتنا. في الكيمياء البيئية يعني ذلك ساعات إلى عقود، وفي الكيمياء عادة ما يكون ذلك في أجزاء من الثانية، ويمكن أن ينتشر السؤال في علوم الأرض على فترات زمنية أطول بكثير، تصل إلى ملايين السنين.
