La hidrología isotópica [1] es un campo de la geoquímica y la hidrología que utiliza técnicas isotópicas estables y radiactivas naturales 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 sobre políticas de uso del agua , mapear acuíferos , conservar suministros de agua, evaluar fuentes de contaminación del agua , investigar la interacción entre aguas superficiales y subterráneas, refinar modelos de flujo de aguas subterráneas y cada vez más se utilizan en ecohidrología para estudiar los impactos humanos en todas las dimensiones del ciclo hidrológico y los servicios ecosistémicos .
Las moléculas de agua tienen "huellas dactilares" isotópicas únicas, que se basan en parte en las 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 presenta en aproximadamente un átomo de oxígeno por cada quinientos y tiene una masa ligeramente mayor que el oxígeno-16, ya que tiene dos neutrones adicionales. Desde un simple punto de vista de energía y ruptura de enlaces, esto da como resultado una preferencia por evaporar el agua más ligera que contiene 16 O y dejar más agua 18 O en estado líquido (lo que se denomina fraccionamiento isotópico ). Por lo tanto, el agua de mar tiende a contener más 18 O que la lluvia y la nieve.
Los iones disueltos en las aguas superficiales y subterráneas también contienen isótopos útiles para las investigaciones hidrológicas. Las especies disueltas, como el sulfato y el nitrato, contienen diferentes proporciones de 34-S a 32-S o de 15-N a 14-N, y suelen ser un diagnóstico 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.
La aplicación de isótopos más 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 actuales 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 fluvial 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 pozos, la firma compuesta en el arroyo es un indicador de la proporción del flujo fluvial que proviene del flujo superficial y qué parte proviene del flujo subterráneo . [4] [5]
Los isótopos estables en la molécula de agua también son útiles para rastrear las fuentes (o proporción de fuentes) de agua que utilizan las plantas. [6] [7] [8]
El programa de hidrología isotópica del Organismo Internacional de Energía Atómica trabaja para ayudar a los estados en desarrollo a crear un retrato detallado de los recursos hídricos de la Tierra. [9]
En Etiopía , Libia , Chad , Egipto y Sudán , el Organismo Internacional de Energía Atómica utilizó técnicas de radioisótopos para ayudar a las políticas hídricas locales a identificar y conservar el agua fósil .
El Organismo Internacional de Energía Atómica mantiene una red mundial de acceso público y una base de datos isotópica de las precipitaciones y los ríos de la Tierra. [10]