Что такое изотопная гидрология?

Запасы пресной воды составляют всего около трех процентов всей воды на Земле. Мы используем пресную воду для питья, в быту и сельском хозяйстве.?

Помимо воды, которая стекает в озера и реки или находится в ледниках и ледниковых шапках, большая часть пресной воды незаметно накапливается в подземных водоносных горизонтах.??

Изотопная гидрология представляет собой раздел ядерной науки, который помогает узнать больше об истории воды и понять связи между водными ресурсами.??

На основе так называемого изотопного отпечатка ученые могут определить происхождение, возраст, качество и скорость восполнения водных ресурсов.?

Стабильный доступ к безопасной питьевой воде является основным фактором, определяющим возможность удовлетворения потребностей растущего населения планеты и сохранения здоровья людей. Пресная вода имеет также важное значение для устойчивого производства продуктов питания и энергии, работы промышленности и защиты окружающей среды.??

Изотопная гидрология приобретает особую значимость в условиях, когда мировые запасы пресной воды истощаются быстрее, чем восполняются.

Важной задачей для всех без исключения стран сегодня является защита водных ресурсов? — особенно когда последствия изменения климата становятся все более очевидны.?

?Изотопная гидрология представляет собой по-настоящему полезный инструмент для стран, поскольку она позволяет получить "отпечаток" молекулы воды?, — рассказывает руководитель Секции изотопной гидрологии МАГАТЭ Джоди Миллер.?

?При наличии этого отпечатка мы можем лучше изучить то, как происходит водообмен между различными водными ресурсами. Например, между реками и озерами, поверхностными водами и подземными водами?, — отмечает Миллер.??

?Нам нужно иметь представление об имеющихся запасах воды и понимать, откуда она поступает, чтобы принимать меры для защиты путей ее перемещения от одного водного ресурса к другому?, — добавляет Миллер.?

Изотопы, как и все нас окружающее, являются разновидностями атомов — мельчайших частиц материи, сохраняющих все химические свойства элемента. Изотопы — это формы одного и того же химического элемента, обладающие определенными свойствами.?

В периодической таблице представлены различные химические элементы.?

Каждый элемент отличается от другого числом протонов, нейтронов и электронов в своем составе. В атоме каждого химического элемента содержится определенное число протонов и электронов, однако число нейтронов — что важно — может варьироваться.?

Атомы с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов называются изотопами. Они обладают почти одинаковыми химическими свойствами, но различаются по массе, а значит — и по физическим свойствам.??

Существуют стабильные изотопы, которые не радиоактивны, и нестабильные изотопы, которые, напротив, испускают излучение. Последние называются радиоизотопами.?

Подробнее об изотопах читайте здесь.

?Количество и соотношение стабильных изотопов меняются под воздействием физических процессов в природе, — объясняет Боб Калин, профессор экологической инженерии в области устойчивого развития в Стратклайдском университете в Глазго, Шотландия. — Например, испарение морской воды с образованием облаков меняет и соотношение стабильных изотопов?.?

?Поэтому если мы пытаемся выяснить происхождение чего-либо — скажем, когда вода, испаряясь из океана, затем в виде осадков скапливается на вершине горы, откуда попадает в реку, — то для этих целей можем использовать стабильные изотопы, — говорит Калин. — Однако мы не узнаем, сколько времени занял этот процесс. И именно здесь на передний план выходят радиоизотопы, поскольку благодаря своему естественному распаду с течением времени они могут дать нам представление о времени?.?

?Сколько времени ушло на то, чтобы вода с вершины горы попала в колодец? — спрашивает Калин. — Подскажут радиоизотопы. Благодаря методам, учитывающим радиоактивныйу распад, мы можем исследовать весьма древние воды и определять их возраст?.?

?В мире существуют места, где вода не попадала в подземные пласты уже тысячи лет, — объясняет профессор Калин. — Подобно любому другому первоначальному материалу вода невозобновляема?.?

?Поэтому если мы начнем выкачивать из-под земли большие объемы старой подземной воды, которая не будет восполняться, мы фактически опустошим подземный водоносный слой?, — говорит Калин.?

?Если мы знаем скорость поступления и движения воды, а также общий объем водоносного слоя и его возраст, мы можем определить баланс и более эффективно управлять водными ресурсами?, — заключает Калин.?

?У каждой молекулы воды есть своя сигнатура. Вода приобретает различные формы, и таких форм целое множество. Это может быть лед, снег, дождь или пар.??

Вначале у молекулы океанской воды одна сигнатура, потом при испарении она приобретает иную сигнатуру, затем при первом выпадении на сушу — третью, и в конечном итоге остаточный пар оседает на вершине горы в виде осадков с совершенно другой сигнатурой.??

Каждый из этих процессов может в конечном счете изменить соотношение тяжелых и легких изотопов. Поэтому у каждой пробы воды будет свой уникальный отпечаток, однако на всех континентах и по всему миру мы можем проследить общую сигнатуру, сохраняющуюся в процессе этого движения?.?

МАГАТЭ поддерживает развитие и передачу ноу-хау по использованию изотопной гидрологии в качестве эффективного инструмента для рационального использования водных ресурсов. По линии своей Лаборатории изотопной гидрологии МАГАТЭ оказывает помощь и ведет подготовку кадров в области аналитических услуг.?

МАГАТЭ также активно способствует расширению сотрудничества в области водных ресурсов в рамках своей инициативы ?Глобальная сеть лабораторий по анализу водных ресурсов??(ГлоВАЛ).?

По словам Джоди Миллер, еще одним важным элементом общей картины являются данные мониторинга: ?Необходимо проводить мониторинг, потому что без него невозможно эффективно управлять ресурсами. В МАГАТЭ действует программа мониторинга осадков, которую мы называем Глобальной сетью "Изотопы в осадках"?.?

?Она действует с 1960?года и помогает нам понять, как меняется характер осадков и как разные типы осадков формируют систему подземных вод, — рассказывает Миллер. — Понимание временных масштабов движения подземных вод имеет важное значение для того, чтобы определить, не выкачиваем ли мы подземные воды быстрее, чем они успевают восполняться?.?

В этой статье приводятся цитаты из подкаста ?Что есть что в ядерной сфере. Что такое изотопная гидрология?? Слушайте полные версии интервью и ознакомьтесь с другими материалами на эту тему здесь.?