Cantabrian estuary sediment analysis by gamma espectroscopy of 210Pb and 137Cs: sedimentation rate, dating and biodiffusion effects

Abstract

ABSTRACT: The aim of this work is to study the sedimentation processes occurring in the San Vicente and Tina Menor estuaries, in Cantabria (Spain), determining sedimentation rates, dating sediment layers and studying how diffusion and bioturbation effects affect the post-depositional distribution of different radioactive tracers in the sediment. For this purpose, one core from each estuary was collected and analyzed by radiometric techniques, concretely gamma spectroscopy, mainly of 210Pb and 137Cs. Three different models were used in order to interpret the results: the CIC (Constant Initial Concentration) model, the CRS (Constant Rate of Supply) model and a sediment mixing model which accounted for diffusion and bioturbation. The results were found concordant with the geological studies, for the Tina Menor estuary - whose river basin flows with a greater discharge - had much higher sedimentation rates (up to 0.7 cm yr-1 at present time) than the San Vicente estuary (up to 0.3 cm yr-1 at present time). A sediment dating was also performed to each core, while porosity and tracer mobility (by diffusion and bioturbation) were studied in the San Vicente estuary for different isotopes.

RESUMEN: El propósito de este trabajo es estudiar los procesos de sedimentación que tienen lugar en los estuarios de San Vicente y Tina Menor en Cantabria (España), determinando las tasas de sedimentación, datando las capas de sedimentos y estudiando cómo efectos de difusión y bioturbación pueden afectar a la distribución post-deposicional de diferentes trazadores radioactivos en el sedimento. Para logarlo, un testigo de sedimentos fue tomado de cada estuario y analizado mediante técnicas radiométricas, concretamente espectroscopia gamma (principalmente 210Pb y 137Cs). Se han comparado diferentes modelos en la interpretación de los resultados, como son el CIC (Concentración Inicial Constante) y el CRS (Velocidad de Aporte Constante), así como un modelo de mezcla en el sedimento en el cual se tiene en cuenta efectos de difusión y bioturbación. Los resultados concuerdan con los estudios geológicos, ya que el estuario de Tina Menor (cuya cuenca fluvial es mayor y de mayor energía) resultó tener tasas de sedimentación mucho más altas (hasta 0.7 cm por año en el presente) que el estuario de San Vicente (hasta 0.3 cm por año en el presente). Además, las capas de sedimento de cada testigo fueron datadas, mientas que la porosidad y la movilidad de diferentes isótopos debida a bioturbación y difusión fue estudiada en el estuario de San Vicente.