Μελέτη κατανομών και μορφών ραδιοϊσοτόπων και ιχνοστοιχείων στο θαλάσσιο περιβάλλον

Abstract

In the present PhD thesis the horizontal dispersion and the vertical distribution of the radionuclides 137Cs, 234Th and 238U in several depths of the water column is studied in combination with the fractions (particulate and dissolved) of each radionuclide, their origin and their principal dispersion. The horizontal dispersion and the vertical distribution of the particulate (POC) and dissolved organic carbon (DOC) is also evaluated in order to compare the radiological and conventional burden of the study area, as well as the role of the radionuclides – trace elements in the biogeochemical marine procedures. The kinetic study of particulate 234Th and POC is attempted via the estimation the respective export fluxes from the water column using “one box model” approach. This approach is based on the disequilibrium of the long-lived parent radionuclide 238U (t½ = 4.47 x 109 y) with the short-lived daughter 234Th (t½ = 24.1 d). The scavenging rates of dissolved 234Th onto particles can also be estimated by the same model, as well as the residence times of both fractions of 234Th. An additional aim of the PhD treatise is the adaptation and the expansion of the in situ pre-concentration method, using high volume pumps, on the determination of natural radionuclides (234Th) and conventional pollutants (organic carbon). Finally, the disequilibrium of total 234Th and 238U is used as a tracer tool to evaluate resuspension or remineralization processes. The method used for radionuclide determination is based on in situ pre-concentration using centrifugal pumping systems. The pumps consist of a motor, prefilter for particle scavenging, four cartridge housings containing the impregnated filters for dissolved radionuclides determination and a flowmeter to address the volume of each sample. In case of dissolved 137Cs the sorption is achieved using two impregnated in the laboratory cartridge filters with Cu2Fe(CN)6, whereas for dissolved 234Th two filters impregnated with MnO2. The final product is ash produced after ashing the filters to reduce the dimension of the samples. The samples are then measured in a gamma spectrometry system. In order to apply the “one box model” to 234Th, 238U is theoretically estimated via its proportionality with salinity. Regarding the particulate fraction of the radionuclides, the prefilter (diameter of 142 mm and pore size of 0.6 μm, Whatman GF/A) is directly measured by gamma spectrometry in the same geometry. POC is determined using the same prefilters used for particulate radionuclides after analysis in TruSpec CHN Leco elemental analyzer. The isolated inside the pump seawater, which is already filtered through 0.6 μm, is collected in 50 mL bottles and analyzed in a Shimadzu TOC 5000 analyzer. Τhe physicochemical parameters of the study area (salinity, temperature, pH, density) suggest the following prevailing mechanism: The water column of the study area is stratified during summer period showing a sharp thermocline up to 50 m depth. At the end of autumn, the thermocline breaks down and the denser surface water masses submerged in deeper layers. The water column is well mixed during winter period, as a result of weather processes. Total Suspended Matter (TSM) concentrations range between 121 and 1883 μg L-1 depending on the depth and the season. These values are in the highest level comparing to the relevant literature for enclosed areas. However, they are comparable to those observed in previous times in the same area, probably caused by urban (fishery activities) and industrial influences (wastewater outfalls), as well as by land impacts (soil erosion, washout and atmospheric deposition). Regarding the seasonal variation, higher TSM concentrations are observed during summer, both in surface and bottom nepheloid layers (with some exceptions) showing that more particles are available to transfer pollutants during their sinking. DOC concentrations range from below detection limit (LOD = 42 μmol C L-1) to 2433 μmol C L-1. It is noteworthy that extreme values are observed in summer and autumn periods in S.3 (Psitalia Island) at 60 m depth and in S.5 (Anchorage area of the Piraeus Port) at 35 m. POC concentrations vary from detection limit (LOD = 1.0 μmol C L-1) to 28.6 μmol C L-1. Extreme values are also observed in the same stations and depths as mentioned for DOC concentrations (S.3 and S.5). From the elevated organic carbon concentrations, one could note that most organic loaded area is the Elefsis Bay, as well as the area around Psitalia Island. These areas are located ner the main sources of carbon in the Saronikos Gulf. Seasonal trends of organic carbon are not observed, since there are intense anthropogenic influences that characterize the area are continuous throughout the year. These impacts seem to overlap the seasonal changes of biotic and abiotic components of the ecosystem. Activity concentrations of 137Cs range between 1.0 ± 0.1 and 6.5 ± 0.1 Bq m-3, depending on the depth and the sampling station. Comparing to other areas of the Greek marine environment 137Cs tends to the pre-Chernobyl levels. 137Cs is not determined (LOD = 0.01 Bq m-3) in particulate phase. Therefore, the speciation of 137Cs obtained before Chernobyl accident must be reconsidered (70 % of 137Cs is dissolved, 23 % particle-reactive and 7 % colloidal). The seasonal variation of 137Cs in the surface layer showed that higher concentrations are observed during summer and autumn periods as a result of the extensive water evaporation. In the bottom layer of the stations, higher values are found during autumn (sinking of the surface denser waters after thermocline break down). Regarding 234Th - 238U relationship, radionuclides are far from equilibrium in most cases and thus export flux in deeper layers is extensive. 234Th overlaps 238U in several depths of the water column, as a result of advective processes, remineralization and sediment resuspension. The estimated export fluxes of particulate 234Th and the respective scavenging rates of dissolved 234Th onto particles in winter 2007 vary from negative to 86.7 ± 43.1 Bq m-2 d-1, and from negative to 93.5 ± 11.0 Bq m-2 d-1, respectively. These values are estimated after integration over low depth distances of the water column and considered on the same level of those reported elsewhere. After integration over the final depth of the water column the respective export fluxes and scavenging rates in winter 2007 vary from 6.8 ± 0.8 and 157.8 ± 15.8 Bq m-2 d-1 and between 7.4 ± 1.3 and 172.2 ± 15.3 Bq m-2 d-1, respectively. Higher rates and fluxes of 234Th are observed during winter period. Regarding to the particle cycle of 234Th in the area of investigation, one might conclude the following mechanism: The dissolved 234Th is intensely adsorbed onto particles in winter than in summer and autumn, whereas the particulate 234Th submerges rapidly during the same period. The export fluxes decrease after winter (as well as the scavenging rate of dissolved 234Th) and as a result much more particulate and dissolved 234Th is determined (accumulation) in summer and autumn periods. The residence times of particulate and dissolved 234Th range from negative values to 17.1 ± 2.9 d and from negative values to 152.2 ± 14.3 d, respectively. These values are estimated after integration over small depth distances. After integration over the final depth of each station, the residence times of particulate and dissolved 234Th range between 5.1 ± 1.0 – 29.8 ± 2.2 d and between 33.1 ± 3.1– 324.0 ± 30.1 d. No apparent seasonal trends could be noted. The export fluxes of POC range from negative values to 182.5 ± 16.2 mmol m-2 L-1. The values mentioned are estimated after integration over small distances of depth. After integration over the final depth of the stations, POC fluxes range between 28.4 ± 3.1 – 610.9 ± 56.1 mmol m-2 L-1. These values are considered as higher comparing to the reported ones for the Mediterranean Sea, due to the geomorphology of the area and the respective biological activities. Regarding the seasonal variation of the POC fluxes, increased values are apparent at the end of winter, due to the strong primary productivity and lower ones in summer, as a result of stratification that interrupts the availability of nutrients. Exceptions of this trend are found in S.3, where the maximum value is observed in summer, due to the increased POC concentrations, increased 234Th activity concentrations, as well as increased 234Th export fluxed that characterize this season. Similar observations are obtained in S.1, where the maximum is found during autumn (phytoplankton boom). The examination of correlations between DOC and dissolved 234Th were found significant, excluding the extreme observed values of DOC. This is attributed to the colloidal phases (50 % of DOC, as well as significant amounts of dissolved 234Th are associated with colloids). Thus, colloids are available to scavenge and transport dissolved 234Th and DOC in higher depths, via aggregation or sinking. Weak correlations are observed between TSM and particulate 234Th, TSM and POC, TSM και PTh Flux and between TSM and POC Flux indicating that the particle dynamics of 234Th and POC is not controlled by the availability of suspended particles in this area. 234Th – 238U disequilibrium approach, except from the box model applications of fluxes and residence times estimations, provides a powerful tool for the qualitative verification of resuspension from the bottom sediments or the remineralization of 234Th (via desorption from suspended particles or sediments).

Στην παρούσα διατριβή μελετάται η οριζόντια διασπορά και η κατακόρυφη κατανομή των ραδιονουκλιδίων 137Cs, 234Th και 238U σε διάφορα βάθη της υδάτινης στήλης σε σχέση με τις μορφές (σωματιδιακή και διαλυτή), που κάθε ραδιονουκλίδιο βρίσκεται στο θαλάσσιο περιβάλλον, ανάλογα με την πηγή προέλευσης του και την αρχική του διασπορά. Επίσης, μελετάται η οριζόντια διασπορά και η κατακόρυφη κατανομή του σωματιδιακού (Particulate Organic Carbon, POC) και διαλυτού οργανικού άνθρακα (Dissolved Organic Carbon, DOC), με σκοπό την εξακρίβωση της ραδιολογικής επιβάρυνσης της περιοχής μελέτης συγκριτικά με τη συμβατική ρύπανση, καθώς και ο ρόλος των ραδιονουκλιδίων – ιχνοστοιχείων στις βιογεωχημικές περιβαλλοντικές πορείες. Επιχειρείται, επίσης, η δυναμική μελέτη των σωματιδίων στα οποία προσροφάται το 234Th και ο οργανικός άνθρακα μέσω του υπολογισμού των ροών καταβύθισης τους από την υδάτινη στήλη στα ιζήματα και των αντίστοιχων χρόνων παραμονής με τη χρήση μονοδιάστατου μοντέλου, το οποίο βασίζεται στην απόκλιση από την ισορροπία μεταξύ ενός μακρόβιου μητρικού ραδιονουκλιδίου (238U, t½ = 4.47 x 109 y) και του βραχύβιου θυγατρικού του (234Th, t½ = 24.1 d). Το ίδιο μοντέλο δίνει τη δυνατότητα υπολογισμού των φυσικοχημικών ρυθμών προσρόφησης του διαλυτού 234Th πάνω στα βυθιζόμενα σωματίδια και των χρόνων παραμονής του διαλυτού 234Th στην υδάτινη στήλη πριν την προσρόφηση. Πρόσθετος στόχος της διατριβής είναι η προσαρμογή και επέκταση της μεθόδου της «επί τόπου» προσυγκέντρωσης με τη χρήση αντλίας δειγματοληψίας μεγάλου όγκου στον προσδιορισμό φυσικών ραδιονουκλιδίων (ραδιενεργή σειρά U) και στον προσδιορισμό συμβατικών ρύπων (σωματιδιακού – οργανικού άνθρακα,).Τέλος, μελετάται η χρήση της υπέρβασης του συνολικού 234Th έναντι του 238U, ως ένδειξη της επαναιώρησης των ιζημάτων. Η χρησιμοποιούμενη μέθοδος για τον προσδιορισμό των ραδιονουκλιδίων βασίζεται στην προσυγκέντρωση τους επί τόπου (in situ), με τη χρήση φυγοκεντρικής αντλίας. Οι χρησιμοποιούμενες αντλίες αποτελούνται από ένα κινητήρα, προφίλτρο για κατακράτηση των σωματιδίων, τέσσερα καλύμματα πολυαιθυλενίου, που περιέχουν τα φίλτρα για τα διαλυτά συστατικά και ένα ροόμετρο για τη μέτρηση του όγκου του δείγματος. Στην περίπτωση του διαλυτού 137Cs η δέσμευση γίνεται σε φίλτρο εμποτισμένο στο εργαστήριο με Cu2Fe(CN)6, ενώ στην περίπτωση του 234Th σε φίλτρο εμποτισμένο με MnO2. Το τελικό δείγμα είναι στάχτη, που προέρχεται από την καύση των φίλτρων, στα οποία έχουν δεσμευτεί τα ραδιονουκλίδια. Το τελικό δείγμα φέρεται σε ειδικό κυάθιο μέτρησης για μέτρηση σε γ - φασματομετρική διάταξη. Για τις ανάγκες του μονοδιάστατου μοντέλου υπολογίζεται θεωρητικά η συγκέντρωση ενεργότητας του 238U με βάση την αλατότητα, δεδομένου ότι το 238U είναι πλήρως διαλυτό στο θαλάσσιο περιβάλλον. Σχετικά με το σωματιδιακό κλάσμα των ραδιονουκλιδίων, το χρησιμοποιούμενο προφίλτρο (διαμέτρου 142 mm και μεγέθους πόρων 0.6 μm, Whatman GF/A) μετράται απευθείας σε γ- φασματομετρική διάταξη. Όσον αφορά στον προσδιορισμό του σωματιδιακού οργανικού άνθρακα, τα ίδια φίλτρα που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση των ραδιονουκλιδίων σε σωματιδιακή φάση αναλύονται εν συνεχεία με στοιχειακή ανάλυση σε TruSpec CHN Leco analyzer. Το νερό που εχει εγκλωβιστεί μέσα στην αντλία (και άρα εχει ήδη φιλτραριστεί στα 0.6 μm) συλλέγεται σε μπουκαλάκια των 50 mL και αναλύεται σε Shimadzu TOC 5000 analyzer για διαλυτό άνθρακα Με βάση τις φυσικοχημικές παραμέτρους τις περιοχής μελέτης (αλατότητα, θερμοκρασία, pH, πυκνότητα) προκύπτει ότι η υδάτινη στήλη της περιοχής στρωματοποιείται το καλοκαίρι, εμφανίζοντας χαρακτηριστικό θερμοκλινές μέχρι τα 50 m. Το φθινόπωρο το θερμοκλινές καταρρέει και τα πυκνότερα επιφανειακά στρώματα καταβυθίζονται. Η υδάτινη στήλη αναμιγνύεται το χειμώνα, λόγω των καιρικών συνθηκών. Οι συγκεντρώσεις των ολικών αιωρούμενων υλικών (TSM) κυμαίνονται μεταξύ 121 έως 1883 μg L-1 αναλόγως του βάθους και της εποχής. Οι τιμές αυτές βρίσκονται στο υψηλότερο φάσμα σε σχέση με τη βιβλιογραφία, για περιοχές κλειστών θαλασσών. Ωστόσο, είναι συγκρίσιμες με αυτές που έχουν προηγούμενα παρατηρηθεί στην ίδια περιοχή και αποδίδονται σε αστικές (αλιευτικές εργασίες κ.α.) και βιομηχανικές επιδράσεις (εκροές αποβλήτων) και ελάχιστα σε επιδράσεις από τον φυσικό περιβάλλοντα χώρο (απορροές από τη στεριά – κατακρήμνιση σωματιδίων). Υψηλότερες συγκεντρώσεις TSM λαμβάνονται την καλοκαιρινή περίοδο στην επιφάνεια και το φθινόπωρο στον πυθμένα (με ελάχιστες εξαιρέσεις) με αποτέλεσμα περισσότερα σωματίδια να είναι διαθέσιμα το καλοκαίρι για μεταφορά 234Th και POC σε μεγαλύτερα βάθη Οι συγκεντρώσεις του διαλυτού οργανικού άνθρακα (DOC) κυμαίνονται από χαμηλότερες του ορίου ανίχνευσης (LOD = 42 μmol C L-1) έως 2433 μmol C L-1 αναλόγως του βάθους και της εποχής δειγματοληψίας. Οι ακραίες τιμές που παρατηρούνται το καλοκαίρι και το φθινόπωρο λαμβάνονται στους σταθμούς S.3 (νήσος Ψυτάλλεια) σε βάθος 60 m και στο σταθμό S.5 (στο αγκυροβόλιο Πειραιώς) σε βάθος 35 m, αντίστοιχα. Οι συγκεντρώσεις του σωματιδιακού οργανικού άνθρακα (POC) κυμαίνονται από χαμηλότερες του ορίου ανίχνευσης (LOD = 1.0 μmol C L-1) έως 28.6 μmol C L-1, ανάλογα με το βάθος και την εποχή δειγματοληψίας. Οι ακραίες τιμές που παρατηρούνται το καλοκαίρι και το φθινόπωρο λαμβάνονται στους ίδιους σταθμούς, όπως στην περίπτωση του DOC (S.3 – Ψυτάλλεια, σε βάθος 60 m και S.5 – αγκυροβόλειο Πειραιώς, σε βάθος 35 m, αντίστοιχα). Από τις συγκεντρώσεις οργανικού άνθρακα προκύπτει ότι περισσότερο φορτισμένη οργανικά είναι η περιοχή εντός του Κόλπου της Ελευσίνας (S.1, S.2), και οι περιοχές γύρω από τον αγωγό εκροής από την Ψυτάλλεια (S.3, S.5). Αυτό αποδίδεται στις κύριες πηγές άνθρακα που υπάρχουν σε αυτές τις περιοχές (Κόλπος της Ελευσίνας και ΚΕΛ Ψυτάλλειας, αντίστοιχα). Εποχιακή τάση του οργανικού άνθρακα δεν παρατηρείται στην περιοχή. Αυτό αποδίδεται στις συνεχόμενες αστικές και βιομηχανικές επιδράσεων, καθόλη τη διάρκεια του έτους, οι οποίες χαρακτηρίζουν το Σαρωνικό Κόλπο και Κόλπο της Ελευσίνας, υπερκαλύπτοντας τις εποχιακές τάσεις, που προκαλούνται απο βιοτικές και αβιοτικές αλλαγές του οικοσυστήματος. Οι συγκεντρώσεις ενεργότητας του 137Cs κυμαίνονται από 1.0 ± 0.1 έως 6.5 ± 0.1 Bq m-3, ανάλογα με το βάθος και την εποχή. Σε σύγκριση με άλλες περιοχές, οι τιμές του 137Cs βρίσκονται στο χαμηλότερο επίπεδο τείνοντας στις συγκεντρώσεις της προ-Chernobyl εποχής. 137Cs σε σωματιδιακή μορφή δεν προσδιορίστηκε (LOD = 0.01 Bq m-3). Συνεπώς, πρέπει να αναθεωρηθεί η πεποίθηση που αποκομίστηκε πριν το Chernobyl για τις μορφές του 137Cs στο θαλάσσιο περιβάλλον (70 % διαλυτό, 23 % προσροφημένο σε σωματίδια, 7 % σε κολλοειδή μορφή). Όσον αφορά στην εποχιακή διακύμανση του 137Cs, υψηλότερες συγκεντρώσεις παρατηρούνται την καλοκαιρινή και φθινοπωρινή περίοδο στην επιφάνεια των σταθμών, ως αποτέλεσμα της εξάτμισης των υδάτων. Στον πυθμένα, υψηλότερες συγκεντρώσεις παρατηρούνται το φθινόπωρο (βύθιση πυκνότερων επιφανειακών στρωμάτων μετά από κατάρρευση του θερμοκλινούς). Από τη σύγκριση του σωματιδιο-δραστικού 234Th με το πλήρως διαλυτό 238U σε διάφορα βάθη της υδάτινης στήλης προκύπτει ισχυρή αρνητική απόκλιση από την ισορροπία (Th < U) στα περισσότερα στρώματα των σταθμών και άρα ροή σωματιδίων προς μεγαλύτερα βάθη. Ωστόσο, σε κάποια βάθη της στήλης παρατηρείται υπέρβαση της ισορροπίας μεταξύ 234Th και 238U (Th > U), γεγονός που αποδίδεται σε φαινόμενα επιφανειακής μεταφοράς λόγω ρευμάτων, επαναδιάλυσης 234Th από τα βυθιζόμενα σωματίδια ή τα ιζήματα, επαναιώρησης σωματιδίων από τα ιζήματα. Οι υπολογισμένες ροές του σωματιδιακού 234Th προς τα ιζήματα και οι ρυθμοί προσρόφησης του διαλυτού 234Th στα σωματίδια για τα στρώματα που θεωρήθηκαν κυμαίνονται από αρνητικές (σημεία υπέρβασης ισορροπίας, Th > U) έως 86.7 ± 43.1 Bq m-2 d-1 και από αρνητικές (σημεία υπέρβασης ισορροπίας, Th > U) έως 93.5 ± 11.0 Bq m-2 d-1, αντίστοιχα. Οι τιμές αυτές βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο σε σχέση με τη βιβλιογραφία για παρόμοιες περιοχές. Μετά από ολοκλήρωση σε ολόκληρο το βάθος της υδάτινης στήλης των σταθμών, οι προκύπτουσες ροές του σωματιδιακού 234Th και οι ρυθμοί προσρόφησης του διαλυτού 234Th κυμαίνονται από 6.8 ± 0.8 έως 157.8 ± 15.8 Bq m-2 d-1 και από 7.4 ± 1.3 και 172.2 ± 15.3 Bq m-2 d-1. Υψηλότερες ροές και ρυθμοί προσρόφησης παρατηρούνται το χειμώνα. Σχετικά με τον κύκλο των σωματιδίων τα οποία μεταφέρουν 234Th μπορεί να συμπεράνει κανείς τον εξής μηχανισμό: Το διαλυτό 234Th προσροφάται εντονότερα στα σωματίδια το χειμώνα και επίσης το παραγόμενο σωματιδιακό 234Th καταβυθίζεται με μεγάλη ροή το χειμώνα. Η ροή μειώνεται τους επόμενους μήνες (και ο ρυθμός προσρόφησης του διαλυτού 234Th) και άρα περισσότερο σωματιδιακό και διαλυτό 234Th προσδιορίζεται το καλοκαίρι και το φθινόπωρο. Οι χρόνοι παραμονής του σωματιδιακού και διαλυτού 234Th για τα στρώματα που θεωρήθηκαν κυμαίνονται από αρνητικές (σημεία υπέρβασης ισορροπίας, Th > U) έως 17.1 ± 2.9 d και από αρνητικές (σημεία υπέρβασης ισορροπίας, Th > U) έως 152.2 ± 14.3 d, αντίστοιχα. Μετά από ολοκλήρωση στο συνολικό βάθος της υδάτινης στήλης των σταθμών, οι χρόνοι παραμονής του σωματιδιακού και διαλυτού 234Th κυμαίνονται από 5.1 ± 1.0 έως 29.8 ± 2.2 d και από 33.1 ± 3.1 έως 324.0 ± 30.1 d, αντίστοιχα. Σαφής τάση δε φαίνεται να υπάρχει, ενώ οι τιμές αυτές είναι συγκρίσιμες με τιμές της βιβλιογραφίας για παρόμοια περιβάλλοντα. Οι ροές του POC στα στρώματα που θεωρήθηκαν κυμαίνονται από αρνητικές (σημεία υπέρβασης ισορροπίας, Th > U) έως 182.5 ± 16.2 mmol m-2 L-1. Μετά από ολοκλήρωση στο συνολικό βάθος της στήλης των σταθμών οι ροές του POC κυμαίνονται από 28.4 ± 3.1 έως 296.8 ± 30.1 mmol m-2 L-1. Οι τιμές αυτές είναι πολύ υψηλότερες από αυτές που αναφέρονται σε άλλες παρόμοιες ή μη περιοχές, εξαιτίας της έντονης γεωμορφολογίας της περιοχής σε συνδυασμό με τις βιολογικές δράσεις. Σχετικά με την εποχιακή διακύμανση της ροής του POC, παρατηρούνται αυξημένες τιμές στο τέλος του χειμώνα, λόγω της πρωτογενούς παραγωγής και χαμηλότερες τιμές το καλοκαίρι, όπου η στρωμάτωση εμποδίζει τη διάθεση θρεπτικών. Εξαίρεση παρουσιάζει ο σταθμός S.3 (αγωγός ΚΕΛ Ψυτάλλειας), όπου το μέγιστο υπολογίζεται το καλοκαίρι, λόγω των υψηλών συγκεντρώσεων POC, σωματιδιακού 234Th και υψηλών ροών σωματιδιακού 234Th. Όμοια, στο σταθμό S.1 (Κόλπος Ελευσίνας) παρουσιάζεται μέγιστο το φθινόπωρο (άνθηση φυτοπλαγκτού). Εξετάζοντας τη συσχέτιση μεταξύ DOC και διαλυτού 234Th βρέθηκαν ικανοποιητικές συσχετίσεις εξαιρώντας τις ακραίες τιμές DOC. Αυτό αποδίδεται στην ύπαρξη κολλοειδών (πάνω από 50 % του DOC και σημαντικές ποσότητες διαλυτού 234Th συνδέονται με κολλοειδή), τα οποία διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη μεταφορά του διαλυτού 234Th στα βαθύτερα στρώματα, μέσω συσσωμάτωσης και καταβύθισης. Οι χαμηλές συσχετίσεις μεταξύ TSM και σωματιδιακού 234Th, TSM και POC, TSM και ροής σωματιδιακού 234Th και μεταξύ TSM και ροής POC δείχνουν ότι η μεταφορά και η δυναμική του σωματιδιακού 234Th και POC στα βαθύτερα στρώματα δεν ελέγχεται από την ποσότητα των διαθέσιμων σωματιδίων της υδάτινης στήλης. Ο προσδιορισμός της απόκλισης από την ισορροπία μεταξύ 234Th και 238U, εκτός από την προσαρμογή στο μοντέλο με σκοπό τον υπολογισμό ροών και χρόνων παραμονής, αποτελεί σημαντικό εργαλείο για την ποιοτική εξακρίβωση σημαντικών βιογεωχημικών διεργασιών, όπως επαναδιάλυσης (μέσω εκρόφησης από τα σωματίδια), επαναιώρησης σωματιδίων από την περιοχή των ιζημάτων, μεταφοράς λόγω ρευμάτων.