什么是同位素水文學？

地球水資源中約3%為淡水。這些就是我們飲用、沐浴和灌溉農田所用的水。

除了湖泊水體、河流中的流水以及冰川和冰蓋中結冰的水之外，大部分淡水儲存在地下含水層中不為人所見。

同位素水文學是核科學的一部分，揭示水循環過程，有助于我們理解不同水資源之間的內在聯系。

科學家根據同位素指紋可以確定水資源的來源、水齡、質量和更新速率。

獲得可靠和安全的飲用水是滿足人口不斷增長的需求和維護人體健康的一個主要因素。淡水對于可持續糧食和能源生產、工業和環境保護也至關重要。

在全球淡水資源消耗速度遠超補給速度的當下，同位素水文學具有重要價值。

馬耳他是世界上水資源壓力最大的十個國家之一。了解同位素水文學如何有助于水務部門在氣候變化背景下了解并保護其有限的資源。

保護水資源是所有國家的重要目標，尤其在氣候變化影響日益凸顯的今天。

原子能機構同位素水文學處處長Jodie Miller解釋說：“同位素水文學是幫助各國實現這一目標的一個非常有用的工具，因為它可以提供水分子指紋。

“通過這種指紋，我們能更好地了解不同水資源之間的水遷移方式，例如河流與湖泊之間，地表水與地下水之間。

“我們需要了解水的儲量、分布及來源，才能采取措施，保護從一種水資源到另一種水資源的水遷移途徑。”

像這世界上的所有事物一樣，同位素是一種原子，是具有同一元素所有化學性質的最小物質單位。同位素是一種具有特定特性的化學元素的多種形式。

在元素周期表中，你可以找到不同的化學元素。

每一種元素由它所具有的質子、中子和電子的數量來區分。每種化學元素的原子都具有確定且數量相同的質子和電子，但關鍵是中子 — 其數量是可變的。

質子數相同但中子數不同的原子稱為同位素。同位素的化學性質幾乎相同，但質量不同，因此物理性質也不同。

穩定的同位素不會發出輻射，而不穩定的同位素會發出輻射，后者稱為放射性同位素。

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蘇格蘭格拉斯哥斯特拉斯克萊德大學可持續發展環境工程教授Bob Kalin解釋說：“穩定同位素隨自然界中的物理過程而變化。例如，海水蒸發成云，會改變穩定同位素。

“因此，若要追溯某些物質的來源，比如從海洋到山頂降雨、再到河流，可借助穩定同位素。但此過程耗時多少卻不得而知。此時放射性同位素就展現出最佳應用價值，因為放射性同位素隨時間而自然衰變，從而可以反映時間跨度。

“水從山頂到水井耗時幾何？放射性同位素可以回答這個問題。面對非常古老的水，還可利用放射性衰變來計算其水齡。”

那位教授解釋說：“世界上有些地方已經幾千年沒有水滲入地下了，水就像任何其他原材料一樣 — 不可再生。

“因此，如果大量抽取這些古老的地下水卻沒有水補給，無異于在清空地下水儲備。

“通過了解水的入滲率、流速、儲量和水齡，我們可以確定水的平衡，然后更有效地管理水資源。”

“每個水分子都有一個識別標志。水以多種不同形式遷移。可能是冰、雪，也可能是雨或蒸氣。

“水分子始于海洋時的識別標志，在蒸發為水蒸氣時已然不同，初降陸地時會再次改變，然后剩余的水蒸氣最終在山頂上形成降雨，便又有了不同的識別標志。

“這些過程中的每一個都可能發生重同位素與輕同位素的比例改變。因此，每一個過程都會有獨一無二的指紋特征，而這個遷移過程的整體識別標志是我們可以跨越各個大陸、甚至全球追蹤的。”

原子能機構推廣和轉讓利用同位素水文學作為可持續水管理的有效工具方面的專門知識，通過其同位素水文學實驗室提供有關分析服務的援助和培訓。

原子能機構還通過其全球水分析實驗室網倡議，帶頭努力加強水合作。

據原子能機構的Jodie Miller稱，這個難題的另一個關鍵是監測：“需要監測。如果沒有監測，就無法進行管理。在原子能機構，我們有一個降水監測計劃，稱為全球降水同位素網。

“該計劃自1960年持續運行至今，幫助我們認識降水模式的變化方式以及不同類型降雨事件向地下水系統滲水的方式。因此，把握地下水流動的時間尺度，對于判斷抽取速率是否超過補給速率至關重要。”

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