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.
Isotope hydrology is a field of geochemistry and hydrology that uses naturally occurring stable and radioactive isotopic techniques to evaluate the age and origins of surface and groundwater and the processes within the atmospheric hydrologic cycle. Isotope hydrology applications are highly diverse, and used for informing water use policy, mapping aquifers, conserving water supplies, assessing sources of water pollution, and increasingly are used in eco hydrology to study human impacts on all dimensions of the hydrological cycle and ecosystem services.
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.