پيشگفتار
كاربرد ايزوتوپها در مطالعات منابع آب بيش از 50 سال است كه در دنيا آغاز و در اين مدت با توجه به خصوصيات ويژه ايزوتوپها، توسعه دستگاه‌هاي اندازه‌گيري و افزايش دقت آنها، اين تكنيك جايگاهي خاصي پيدا كرده است. بطوريكه با استفاده از اين روش مي‌توان به فهم بهتر نتايج حاصل از ديگر روش‌ها در مطالعات آبشناسي كمك نموده و با اطمينان بيشتري آنها را در حل مسائل مربوطه بكار برد.
اساساً تكنيك‌هاي ايزوتوپي برپايه نمونه‌برداري، اندازه‌گيري، سنجش، تجزيه و تحليل و تفسير نتايج حاصل از آناليز عده‌اي از ايزوتوپها استوار مي‌باشند كه يا بطور مستقيم در تركيب مولكولي آب وجود داشته و يا بصورت محلول در آب قابل سنجش مي‌باشند و از اينرو قادرند به واسطه حضور در جريان، تاريخچه مطمئني از منبع مورد مطالعه را در اختيار محققان و كارشناسان قرار دهند.از آنجائيكه روش كاربرد ايزوتوپها در مطلعات ايزوتوپي در دنيا رشد قابل توجهي داشته و تاكنون كتابي به زبان فارسي در اين خصوص، علي‌رغم سابقه 30 ساله اين تكنيك در ايران منتشر نشده و به منظور توسعه استفاده از تكنيك‌هاي هسته‌اي در فعاليت‌هاي صلح آميز نگارنده در اين كتاب ضمن ترجمه مجموعه:
"Application of Isotope Techniques in Hydrogeology"
كه توسط Dr. Werner Balderer استاد مؤسسه ETH سوئيس در سال 2007 جمع‌‌آوري و منتشر شده است نموده و در ادامه به منظور استفاده بيشتر به بخشي از سوابق و تجربيات موجود در كشور اشاره مي‌نمايد.
ضمناً از آقاي مهندس مجيد سلسله كه در امر ترجمه و ويراستاري نهايت همكاري و مساعدت را داشته، همچنين همكاري صميمانه سركار خانم مهندس سميرا محنت‌فرسا و آقاي جواد باقري كمال سپاسگزاري را مي‌نمايد.
يوسف خلج اميرحسيني
عضو هيئت علمي مؤسسه تحقيقات آب
y.khalaj@wri.ac.ir
Yousefkhalaj@yahoo.com
فهرست مطالب
فصل1 ايزوتوپ‌هاي پايدار 1
1.1 ایزوتوپ‌هاي پايدار 3
1.2 انواع ایزوتوپ‌هاي پايدار مولكول آب 7
1.1.1 تبخير 11
1.1.2 میعان و بارش 13
1.1.3 آب‌هاي زيرزميني 22
1.1.4 تکامل آب‌هاي زيرزميني 24
1.1.5 اطلاعات مربوط به شرایط نفوذ و آب و هواي دوران‌هاي زمین شناسی 27
فصل2 كربن سيزده بعنوان يك ايزوتوپ پايدار در چرخه كربن 29
2.1 تغييرات مقدار كربن سيزده در آب زيرزميني 30
2.2 تغییرات تکاملی تركيب ایزوتوپی كربن پايدار در آب‌هاي زيرزميني 33
2.3 فرآيند چرخه كربن در آب زيرزميني (تفسير تغييرات غلظت و مقدار تركيب ایزوتوپي هربخش در سيستم انحلال كربن معدني) 35
2.4 مثال كاربردي: بررسی كلسيت‌هاي چاه عميق اكتشافي در منطقه Nagra در سوئيس 38
فصل 3 سولفور سي و چهار و اكسيژن هجده در سولفات 49
3.1 مقدمه 50
3.2 سولفات‌هاي دارای منشاء رسوبي 51
3.3 فرآيند‌هاي اصلي تأثیرگذار بر مقادير δ34S وδ18O در گونه‌هاي آبدار تركيبات سولفاته 54
3.4 نتيجه‌گيري: تداخل سولفات‌هادارای منشاء‌هاي مختلف در آب‌هاي زيرزميني 58
3.5 بررسي نتايج تحقيقات روي δ18O در SO4و δ34S آب‌هاي زيرزميني شمال سوئيس 59
فصل 4 ايزوتوپ‌هاي نيتروژن در چرخه آب 65
4.1 مقدمه 66
4.2 فرآيند‌هاي اصلي و منابع در چرخه نيتروژن 66
4.3 فرآيند‌هاي اصلي و منابع در چرخه نيتروژن 67
4.4 اثرات مختلف وقوع جزء به جزء شدن ایزوتوپي طي مراحل مختلف واكنش 69
4.5 اصول تقطير Rayleigh(اثر مخزن) 70
4.6 رديابي چرخه نيتروژن با استفاده از اثرات ایزوتوپي در طي فرآيند اصلي آن 72
4.7 كاربرد ایزوتوپ نيتروژن بعنوان ردياب در چرخه آب 74
4.8 ایزوتوپ‌هاي پايدار اكسيژن در چرخه نيتروژن / نيترات 74
4.9 عوامل مؤثر بر مقاديرδ18O و15N δ تركيبات نيتروژن در خاك و آب زيرزميني 75
4.9.1 تبخير تركيبات نيتروژن در خاك 75
4.9.2 دنيتريفيكاسيون 76
4.9.3 كنترل و بررسي دنيتريفيكاسيون يا فرآيند‌هاي مخلوط شدن در حال انجام 77
4.9.4 واكنش‌هاي جذب و آزادسازي 79
4.9.5 منابع نيتروژن 79
4.9.6 منشاء جوي 80
4.9.7 استفاده از كودهاي شيميايي در كشاورزي 81
4.9.8 خصوصيات فضولات حيواني 82
فصل 5 راديو ايزوتوپها و كاربرد آنها در تعيين سن آب‌هاي زيرزميني 83
5.1 اصول تعيين سن آب‌هاي زيرزميني با استفاده از ایزوتوپ‌هاي محيطي 84
5.2 مشكلات اصلي کاربرد عملی روش‌هاي تعيين سن با استفاده از ایزوتوپ‌ها 86
5.2.1 شرايط سن‌سنجي آب‌هاي زيرزميني با راديو ایزوتوپ‌ها 88
5.3 روش‌هايي براي سن‌سنجي آب‌هاي زيرزميني با استفاده از راديو‌ایزوتوپ‌هاي محيطي 89
5.3.1 تريتيوم (3H) 89
5.3.2 كريپتون-٨٥ (85Kr) 90
5.3.3 آرگون-٣٩ (39Ar) 91
5.3.4 راديوكربن (14C) 92
5.3.5 كلر36 (36C) 94
فصل6 مروري بر سابقه كاربرد ايزوتوپها در مطالعات آبشناسي در ايران 99
6.1 آزمايشگاه مس اسپكترومتر 100
6.2 آزمايشگاه كربن چهارده 101
6.3 آزمايشگاه تريتيوم 101
مراجع 136
