Monitorowanie metali ciężkich w wodach powierzchniowych

Za przypadek testowy w finansowanym przez UE projekcie ISOGIRE posłużył dział wód i estuarium Żyronda (we Francji). Zespół badaczy zbadał ciężkie izotopy trwałe miedzi (Cu), cynku (Zn) i srebra (Ag), aby zrozumieć ich reaktywność biogeochemiczną, źródła i ewolucję w czasie w tym rzeczno-estuaryjnym systemie będącym przedmiotem intensywnej produkcji wina, urbanizacji, a także odzyskującym formę po wcześniejszym zanieczyszczeniu w wyniku rafinacji metalu. Dużym zainteresowaniem cieszyło się Ag, ponieważ niewiele jest badań izotopowych nad tym pierwiastkiem, a mogą one okazać się przydatne w rozwiązaniu problemu rosnących stężeń Ag w wodach i organizmach powierzchniowych. Zjawisko to może być powiązane ze zwiększenie nanocząsteczek Ag w towarach konsumenckich, czyniąc z Ag nową substancję zanieczyszczającą.

Wyniki projektu ISOGIRE ujawniły przejściowe sygnały izotopu Cu w wodzie słodkiej docierającej do estuarium, związane ze wzbogaceniem Cu oraz preferencyjnym poborem izotopów lekkich przez fitoplankton, z możliwością transpozycji antropogenicznych sygnatur Cu. Mineralizacja materii organicznej w estuarium prowadzi do ciągłego dodatku rozpuszczonego Cu charakteryzującego się uwalnianiem izotopów ciężkich w roztworze, w następstwie procesu Rayleigha. Z kolei Zn wykazał silną sorpcję powierzchniową do cząsteczek maksimum zmętnienia osadów przybrzeżnych w estuarium, cechującą się wzbogaceniem ciężkich izotopów Zn w fazie rozpuszczonej. Biorąc pod uwagę ten sam trend w światowych danych dotyczących rzek, sorpcja powierzchniowa do cząsteczek powinna być głównym czynnikiem składu izotopowego rozpuszczonego Zn na świecie.

Sygnatury izotopów metali u ostryg w estuarium dostarczyły nowych ograniczeń w kontekście wykorzystania ich do badań w zakresie biomonitorowania. Mianowicie niezmieniające się sygnatury izotopowe Cu, Zn i Ag w ponad 30-letniej skali czasu sugerują, że estuaryjna reaktywność biogeochemiczna, nie zaś tymczasowe ewolucje źródeł środowiskowych w dziale wód Żyronda, jest powszechnym wyjaśnieniem składów izotopowych bioakumulowanych metali.

Na koniec w badaniu zdołano rozróżnić między źródłami naturalnymi a antropogenicznymi Cu i Zn na podstawie sygnatur izotopowych w dziale wód i wykazać kontrastujące reaktywności biogeochemiczne i mechanizmy frakcjonowania izotopowego w wodach estuaryjnych. Jednak zwrócono także uwagę na ograniczone zastosowanie izotopowego Ag w śledzeniu nano-Ag na tym etapie, chyba że przemysł przekona się do oznakowania nanocząsteczek jednym z ciężkich lub lekkich izotopów Ag.

Nowe dane dotyczące izotopów Ag, Cu i Zn doprowadziły do pomyślnego stworzenia nowych modeli umożliwiających interpretację odmian geochemicznych i izotopowych w rzekach i systemach estuaryjnych oraz organizmach lokalnych. Modele te przyczynią się do skuteczniejszej oceny zanieczyszczeń przybrzeżnych i efektywniejszych polityk na rzecz obniżenia poziomu zanieczyszczeń i zagrożeń dla środowiska i zdrowia publicznego.