כימאים העוסקים בתחום הסביבה מנצלים כיום שינויים בהרכבים האיזוטופיים בכדי לזהות את מקורם של זיהומים אורגניים ולהעריך את קצב ומידת הפירוק הביולוגי שלהם
תרכובות אורגניות מתאפיינות בהרכב איזוטופי ייחודי שבו ניתן להשתמש כעין “טביעת אצבע” שלהן. כימאים העוסקים בתחום הסביבה מנצלים כיום שינויים בהרכבים האיזוטופיים בכדי לזהות את מקורם של זיהומים אורגניים ולהעריך את קצב ומידת הפירוק הביולוגי שלהם בסביבה באמצעות בחינת איזוטופים יציבים הייחודיים לכל תרכובת ותרכובת.
מדענים מגרמניה הוציאו לאחרונה גיליון בכתב-העת “Environmental Science and Technology” המתאר כולו את ההתפתחות המשמעותית שחלה בתחום זה בשנים האחרונות.
פעילות אנושית מובילה לייצור ושימוש בכמויות עצומות של כימיקלים אשר – בזדון או לא – יכולים להשתחרר לסביבה. דוגמאות לכך כוללות חומרי-הדברה שונים המשמשים בחקלאות למאבק בפטריות, בחרקים ובעשבים שוטים, זיהום מי-תהום בשאריות דלקים ושמנים ממיכלים תת-קרקעיים דולפים, וחומרי-רפואה המגיעים לסביבות מימיות דרך מפעלים לטיפול בפסולת או משדות חקלאיים בהם מפוזרים דשנים המכילים חומרי אנטיביוטיקה.
כימאים סביבתיים מטפלים בנוכחותם של כימיקלים אלו בסביבה. הם עוסקים בסוגיות חשובות כגון קצב התפשטותו של הזיהום והזהות המדוייקת של חומרי-הפירוק הסופיים. אולם, הערכת תהליכי-שינוי בסביבות מורכבות הינה משימה מאתגרת. ריכוזי המזהמים פוחתים עם הזמן לא רק בשל פירוק ביולוגי שלהם אלא גם בעקבות מיהולם בסביבה הנוזלית או היספגותם לתוך שכבת הקרקע. ניתן להסיק בטעות כי היעלמות נראית לעין שכזו של מזהם ממערכת מסוימת הינה שינוי, ובנוסף, מקשה על כימות המידה המדויקת של הזיהום שנעלם.
בכתבה מרכזית בגיליון המיוחד בדבר איזוטופים יציבים צוות חוקרים מסכם את היכולת של בחינת איזוטופים ייחודי-תרכובות לשמש ככלי לזיהוי מאגרים מזוהמים ולהערכת תגובתן של כימיקלים אורגניים עם הסביבה. במאמרים נוספים, מגוון נרחב של חוקרים מציגים את מכלול המידע העדכני הקיים בתחום זה.
שיטות אנליטיות לבחינת איזוטופים ייחודי-תרכובות התפתחו מתחומי הגיאומדעים (כגון גיאוכימיה) והן נפוצות היום באופן נרחב בתחומים מגוונים בכללם מדעי-הסביבה. שיטה זו מבוססת על חתימה איזוטופית ייחודית של כל יסוד ויסוד בטבע. לדוגמא, לפחמן שני איזוטופים יציבים פחמן-12 ופחמן-13 שאינם דועכים כמו האיזוטופ הרדיואקטיבי פחמן-14. בטבע, האיזוטופים הללו קיימים ביחס האופייני להם. כל תרכובת הקיימת לאורך זמן נושאת בתוכה הרכב איזוטופי אופייני (טביעת אצבע) שמקורו בחומרי-המוצא ששימשו להכנתה. עובדה זו, למשל, מאפשרת להבדיל בין מזהמים טבעיים לבין מזהמים ידי-אדם או למפות את מקורם הייחודי של המזהמים במפעלים מסוימים.
מאפיין אחד חשוב במיוחד של אנליזה איזוטופית, מנקודת המבט של כימאי סביבתי הינה בכך ששינויים בהרכבי האיזוטופים במזהמים פרטניים מאפשרים זיהוי של תהליכי פירוק. ניתן לכמת את התהליכים הללו, בלי קשר למיהול ריכוזי החומרים. בהתבסס על שיעור השינוי האיזוטופי ניתן לערוך חישובים לגביי קצב תגובות הפירוק ואפילו תוצרי הפירוק הסופיים. לדוגמא, הסטה אופיינית בחתימה האיזוטופית מאפשרת להבדיל בין שינויים מיקרוביאליים לשינויים פוטוכימיים העוברים על מדבירי-מזיקים כגון atrazine שמקורם בפני-השטח של צמחים או בנהרות וימות.
אחד מהכותבים מציין כי: “הדיון המדעי לגביי מקור השפעותיהם של האיזוטופים וההשלכות שלו מעודדים דו-שיח מקצועי בין כימאים “טהורים” (חישוביים), מדעני כדור-הארץ והסביבה ואקולוגים. ניתן ללמוד הרבה האחד מהשני.”
בהזדמנות זו, תשלובת המדענים הבינה כיצד ניתן להשתמש באנליזת איזוטופים ובתובנות משיטה זו בתחומים שונים. הגיליון הנ”ל, לעומת זאת, מכיל בעיקר כתבות מתחום הכימיה הסביבתית והגיאוכימיה. החוקר מסביר, “העקרונות הבסיסיים של שיטות אלו זהות. אנו שונים בעיקר באופק הזמנים וברמת התחכום שאותם אנו צריכים לשם הבנת התהליכים שלנו. בכימיה סביבתית זה אומר שעות עד עשורים, בכימיה זה לרוב בחלקיקי שניות, והשאלה במדעי כדור הארץ יכולה להתפרש על מרווחי זמן הרבה יותר ארוכים, עד כדי מיליוני שנים.”
