خصائص امتزاز السترونشيوم على الرواسب المائية في جنوب غربي الصين

لماذا هذا المعدن في الطمي مهم

عندما تدخل المعادن الثقيلة إلى الأنهار والبحيرات، فهي لا تَنجرف ببساطة؛ الكثير منها ينتهي به المطاف عالقاً في الطمي في القاع. أحد هذه المعادن هو السترونشيوم، الذي يتصرف بطريقة مشابهة جداً للكالسيوم في أجسامنا ويمكن أن يصبح خطيراً عندما تكون له أشكال مشعة. تدرس هذه الدراسة كيف تحتفظ رواسب الأنهار والبحيرات في جنوب غربي الصين بالسترونشيوم، وكيف تتحكم درجة الحرارة وكيمياء الماء والعناصر المتنافسة مثل الكالسيوم فيما إذا كان هذا المعدن سيبقى محتبساً في الطمي أو يُطلق مرة أخرى إلى الماء.

الأنهار والبحيرات وشبكة أمان غير مرئية

ركز الباحثون على ثلاثة أنواع من الرواسب المائية جمعت من نهر وڤرْقَة وبحيرة في منطقة ميانيانغ بمحافظة سيتشوان. تعمل هذه الرواسب كشبكة أمان غير مرئية: يمكنها حجز السترونشيوم المذاب من الماء أعلاه ومن المياه الجوفية أدناه. قام الفريق بقياس خصائص أساسية للرواسب بدقة، بما في ذلك قلوية الوسط، وكمية المادة العضوية، وعدد المواقع المجهرية على أسطحها القادرة على ربط الجسيمات ذات الشحنة الموجبة. تتحكم هذه المواقع السطحية، التي تتحكم فيها إلى حد كبير جزيئات الطين والمواد العضوية الدقيقة، في مقدار السترونشيوم الذي يمكن أن تحتفظ به الرواسب.

كيف أُجريت التجارب

لفحص سلوك السترونشيوم، أجرى العلماء اختبارات مخبرية محكومة تعرف بتجارب الامتزاز الدُفعي. قاموا بهز كميات صغيرة من الرواسب مع ماء يحتوي مستويات مختلفة من السترونشيوم، ثم قاسوا كمية المعدن المتبقية في الماء وكمية المعدن التي انتقلت إلى الرواسب. كرروا ذلك عبر نطاق درجات حرارة قريب من ظروف الأنهار والبحيرات الطبيعية وأضافوا كميات مختلفة من ملح الكالسيوم المذاب ليروا مدى منافسة الكالسيوم للسترونشيوم. خلال ذلك، تتبعوا عن كثب تغيرات حموضة الماء (pH)، لأن حتى تغييرات صغيرة في الرقم الهيدروجيني يمكن أن تميل التوازن بين المعادن المرتبطة بالرواسب والمعادن الحرة في الماء.

المياه الأكثر دفئاً والطمي الأكثر غنى يحملان مزيداً من السترونشيوم

أظهرت النتائج أن ارتباط السترونشيوم بالرواسب اتبع أنماطاً معروفة يستخدمها الكيميائيون لوصف كيفية تغطية الأسطح. وبمصطلحات بسيطة، مع ارتفاع حرارة الماء، استطاع الطمي احتجاز مزيد من السترونشيوم. عبر نطاق درجات الحرارة المختبرة، ازداد الحد الأقصى لكمية السترونشيوم التي يمكن أن تلتصق بالرواسب بنحو مرة إلى مرتين تقريباً، اعتماداً على الموقع. سرعت الظروف الأكثر دفئاً حركة السترونشيوم المذاب وجعلت من الأسهل للأيونات الوصول إلى مواقع الارتباط في الطمي واحتلالها. من بين المواقع الثلاثة، كان راسب البحيرة، الذي امتلك مساحة سطحية أكبر بكثير والمزيد من المواقع القادرة على تبادل الجزيئات المشحونة، يخزن أكبر كمية من السترونشيوم لكل وحدة وزن.

عندما يحتشد الكالسيوم ويزيح السترونشيوم

اتضح أن الكالسيوم، القريب الكيميائي للسترونشيوم، كان منافساً قوياً. عندما أضاف الباحثون المزيد من الكالسيوم إلى الماء، أخذت الرواسب كمية أقل بكثير من السترونشيوم. عند أعلى مستويات الكالسيوم المختبرة، انخفضت قدرة بعض الرواسب على احتجاز السترونشيوم بنحو عشرين مرة تقريباً. هذا يشير إلى أن السترونشيوم غالباً ما يُحتجز بقوى كهرإستاتيكية نسبياً ضعيفة يمكن عكسها عند وجود العديد من الأيونات الموجبة الأخرى. كما وجد الفريق أنه مع زيادة امتزاز السترونشيوم، أصبح الماء أكثر حموضة قليلاً، مما يوحي بأن أيونات الهيدروجين أُطلقَت عندما استبدل السترونشيوم مواضعها على أسطح الرواسب.

الرقم الهيدروجيني، كفاءة الإزالة، وما يعنيه ذلك للسلامة

حتى ضمن نطاق الرقم الهيدروجيني المتواضع النموذجي للمياه الطبيعية، أحدثت حموضة المحلول فرقاً واضحاً. مع ارتفاع الرقم الهيدروجيني الابتدائي في التجارب من حمضي خفيف نحو قلوية خفيفة، زاد نصيب السترونشيوم الذي أُزيل من الماء، ليصل إلى نحو نصف الكمية في أفضل الحالات. في البيئات الحقيقية يعني هذا أن تغييرات متواضعة في كيمياء الماء، مثل التلوث الذي يحمض نهراً أو تدفق الأملاح الذي يرفع مستويات الكالسيوم، قد تتسبب في إطلاق السترونشيوم المحبوس سابقاً من الرواسب إلى الماء. بشكل عام، تُظهر الدراسة أن الرواسب يمكن أن تعمل كمخزن مؤقت مهم للاسترونشيوم، لكن قبضتها ليست دائمة. فهم كيفية إمالة درجة الحرارة والكالسيوم ودرجة الحموضة لهذا التوازن يساعد العلماء والجهات التنظيمية على التنبؤ بشكل أفضل بمصير السترونشيوم وكيفية تصميم استراتيجيات التنظيف والحماية للمياه الملوثة.

الاستشهاد: Luo, X., Zhang, D., Zhou, M. et al. Characteristics of strontium adsorption onto aquatic sediments in Southwest China. Sci Rep 16, 6948 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38190-7

الكلمات المفتاحية: السترونشيوم, الرواسب المائية, تلوث بالمعادن الثقيلة, جودة المياه, تلوث بالنظائر المشعة