Введение

Изотопная гидрология - это область геохимии и гидрологии, которая использует естественно возникающие стабильные и радиоактивные изотопные методы для оценки возраста и происхождения поверхностных и подземных вод и процессов в рамках атмосферного гидрологического цикла. Приложения изотопной гидрологии очень разнообразны и используются для информирования политики водопользования, картографирования водоносных горизонтов, сохранения водоснабжения, оценки источников загрязнения воды, и все чаще используются в экогидрологии для изучения воздействия человека на все измерения гидрологического цикла и экосистемных услуг.

Подробности

Молекулы воды имеют уникальные изотопные "отпечатки пальцев", частично основанные на различных соотношениях изотопов кислорода и водорода, которые составляют молекулу воды. Изотопы - это атомы одного и того же элемента, которые имеют разное количество нейтронов в своих ядрах. Воздух, пресноводная и морская вода содержат в основном кислород 16 (16O). Кислород 18 (18O) встречается примерно в одном атоме кислорода из каждых пятисот и имеет немного большую массу, чем кислород 16, поскольку он имеет два дополнительных нейтрона. С точки зрения простой энергии и разрушения связей это приводит к предпочтению испарения более легкой 16O, содержащей воду, и оставлению большей части 18O воды в жидком состоянии (так называемая фракционирование изотопов). Таким образом, морская вода содержит больше 18O, чем дождь и снег. Растворенные ионы в поверхностных и подземных водах также содержат полезные изотопы для гидрологических исследований. Растворенные виды, такие как сульфат и нитрат, содержат различные соотношения 34 S и 32 S или 15 N и 14 N и часто используются для диагностики источников загрязнителей. Природные радиоизотопы, такие как тритий (3 H) и радиоуглерод (14 C), также используются в качестве природных часов для определения времени пребывания воды в водоносных горизонтах, реках и океанах.

Приложения

Наиболее часто используемое применение изотопов в гидрологии использует изотопы водорода и кислорода для оценки источников или возраста воды, льда или снега. Изотопы в ледяных ядрах помогают выявить условия климата в прошлом. Более высокая средняя глобальная температура обеспечит больше энергии и, следовательно, увеличит содержание атмосферного 18O в дожде или снеге, так что меньшее, чем современное количество 18O в подземных водах или ледяном слое, означает, что вода или лед представляют собой период более холодных климатических эпох или даже ледниковых периодов. Другое применение включает в себя разделение потока грунтовых вод и базового потока от потока реки в области гидрологии водосбора (т.е. метод гидрографического разделения). Поскольку осадки в каждом дождевом или снежном явлении имеют определенную изотопную подпись, а подземные воды можно идентифицировать путем отбора проб скважины, составная подпись в потоке является показателем того, какая доля потока поступает из наземного потока и какая часть поступает из подземного потока. Стабильные изотопы в молекуле воды также полезны для отслеживания источников (или доли источников) воды, которые используют растения.

Текущее использование

Программа изотопной гидрологии в Международном агентстве по атомной энергии помогает развивающимся странам создать подробный портрет водных ресурсов Земли. В Эфиопии, Ливии, Чаде, Египте и Судане Международное агентство по атомной энергии использовало радиоизотопные методы для помощи местной водной политике в выявлении и сохранении ископаемой воды. Международное агентство по атомной энергии поддерживает общедоступную глобальную сеть и изотопную базу данных о земных осадках и реках.