La hidrología isotópica [1] es un campo de la geoquímica y la hidrología que utiliza técnicas isotópicas radiactivas y estables de origen natural para evaluar la edad y los orígenes de las aguas superficiales y subterráneas y los procesos dentro del ciclo hidrológico atmosférico . [2] Las aplicaciones de la hidrología isotópica son muy diversas y se utilizan para informar las políticas de uso del agua , cartografiar los acuíferos , conservar los suministros de agua, evaluar las fuentes de contaminación del agua y, cada vez más, se utilizan en ecohidrología para estudiar los impactos humanos en todas las dimensiones de la hidrología. ciclo y servicios ecosistémicos .
Detalles
Las moléculas de agua llevan "huellas dactilares" isotópicas únicas, basadas en parte en diferentes proporciones de los isótopos de oxígeno e hidrógeno que constituyen la molécula de agua. Los isótopos son átomos del mismo elemento que tienen un número diferente de neutrones en sus núcleos.
El aire , el agua dulce y el agua de mar contienen principalmente oxígeno-16 ( 16 O). El oxígeno-18 ( 18 O) se encuentra en aproximadamente un átomo de oxígeno de cada quinientos y tiene una masa ligeramente mayor que el oxígeno-16, ya que tiene dos neutrones adicionales. Desde un punto de vista simple de energía y rotura de enlaces, esto da como resultado una preferencia por evaporar el agua que contiene 16 O más liviana y dejar más agua de 18 O en el estado líquido (llamado fraccionamiento de isótopos ). Por tanto, el agua de mar tiende a contener más 18 O que la lluvia y la nieve.
Los iones disueltos en aguas superficiales y subterráneas también contienen isótopos útiles para investigaciones hidrológicas. Las especies disueltas como el sulfato y el nitrato contienen diferentes proporciones de 34-S a 32-S o 15-N a 14-N, y a menudo son diagnósticos de fuentes contaminantes. Los radioisótopos naturales como el tritio (3-H) y el radiocarbono ( 14-C ) también se utilizan como relojes naturales para determinar los tiempos de residencia del agua en acuíferos, ríos y océanos.
Aplicaciones
La aplicación de isótopos más comúnmente utilizada en hidrología utiliza isótopos de hidrógeno y oxígeno para evaluar las fuentes o la edad del agua, el hielo o la nieve. Los isótopos en los núcleos de hielo ayudan a revelar las condiciones del clima pasado. Una temperatura global promedio más alta proporcionaría más energía y, por lo tanto, un aumento del contenido atmosférico de 18 O de la lluvia o la nieve, de modo que cantidades inferiores a las modernas de 18 O en el agua subterránea o la capa de hielo implican que el agua o el hielo representan un período de eras climáticas más frías o incluso edades de hielo . [3]
Otra aplicación implica la separación del flujo de agua subterránea y el flujo base del flujo de la corriente en el campo de la hidrología de cuencas (es decir, un método de separación de hidrogramas ). Dado que la precipitación en cada evento de lluvia o nevada tiene una firma isotópica específica , y el agua subterránea se puede identificar mediante muestreo de pozo, la firma compuesta en la corriente es un indicador de la proporción del flujo de la corriente proviene del flujo terrestre y qué parte proviene del flujo subterráneo . [4]
Los isótopos estables en la molécula de agua también son útiles para rastrear las fuentes (o la proporción de fuentes) de agua que usan las plantas. [5] [6]
Uso actual
El programa de hidrología isotópica de la Agencia Internacional de Energía Atómica trabaja para ayudar a los estados en desarrollo a crear un retrato detallado de los recursos hídricos de la Tierra. [7]
En Etiopía , Libia , Chad , Egipto y Sudán , el Organismo Internacional de Energía Atómica utilizó técnicas de radioisótopos para ayudar a la política hídrica local a identificar y conservar el agua fósil .
La Agencia Internacional de Energía Atómica mantiene una red global de acceso público y una base de datos isotópica para las precipitaciones y los ríos de la Tierra. [8]
Ver también
Referencias
- ^ Gat, Joel (2010). Hidrología isotópica: un estudio del ciclo del agua . World Scientific.
- ^ Gleeson, Tom. "El volumen global y la distribución de las aguas subterráneas modernas". Naturaleza . 9 (2): 161.
- ^ Maestros, G. y P. Ela. 2008. Cambio atmosférico global. Capítulo en: Introducción a la Ingeniería y Ciencias Ambientales. 3ª ed. Prentice Hall.
- ^ Kendall y McDonnell, 1998. Trazadores de isótopos en hidrología de captación. Elsevier
- ^ Evaristo, Jaivime; Jasechko, Scott; McDonnell, Jeffrey J. (2015). "Separación global de la transpiración de la planta de las aguas subterráneas y el caudal". Naturaleza . 525 (7567): 91–94. Código Bibliográfico : 2015Natur.525 ... 91E . doi : 10.1038 / nature14983 . PMID 26333467 .
- ^ Bien, Stephen P .; Nadie, David; Bowen, Gabriel (10 de julio de 2015). "La conectividad hidrológica restringe la partición de los flujos de agua terrestres globales" . Ciencia . 349 (6244): 175-177. Código Bibliográfico : 2015Sci ... 349..175G . doi : 10.1126 / science.aaa5931 . ISSN 0036-8075 . PMID 26160944 .
- ^ Agencia Internacional de Energía Atómica
- ^ "Red mundial de isótopos en precipitación" .
enlaces externos
- Hidrología isotópica en el OIEA
- Isótopos ambientales en el ciclo hidrológico: principios y aplicaciones