時間：2025 年 3 月 25 日 來源：IAEA

同位素水文學揭示了水的生命故事，幫助我們了解不同水資源之間的聯繫，特別是寶貴的地下水儲量。

什麼是淡水？它在哪裡找到？

地球上大約百分之三的水是淡水。這包括我們飲用的水、沐浴的水、以及灌溉農田的水。

除了在湖泊和河流中流動的水以及在冰川和冰冠中凍結的水之外，大多數淡水都隱藏在地下含水層中。

同位素水文學是一種核子科學，它揭示了水的生命故事，並幫助我們了解這些資源之間的相關性。

根據同位素特徵，科學家可以確定水資源的來源、年齡、品質和更新率。

為什麼追蹤水資源如此重要？

獲得可靠、安全的飲用水是滿足人口不斷增長的需求以及維持人類健康的主要因素。淡水對於永續的糧食和能源生產、工業和環境保護也至關重要。

由於世界淡水資源的消耗速度比補充速度快，同位素水文學具有很高的價值。

馬耳他是世界上水資源壓力最大的十大國家之一。了解同位素水文如何幫助水資源部門在氣候變遷的背景下了解和保護其有限的資源。

同位素水文如何保護我們的水資源？

保護水資源是各國的重要目標，特別是在氣候變遷的影響日益明顯的情況下。

國際原子能總署同位素水文學部門負責人喬迪·米勒解釋道：“同位素水文學對協助各國實現這一目標確實是一種有用的工具，因為它為我們提供了水分子的指紋特性。”

“有了這種指紋特性，我們就更能了解水在不同水資源之間的流動情況。例如，河流和湖泊之間、地表水和地下水之間。”

“我們需要知道哪裡有多少水，以及水是來自哪裡，以便能夠採取措施保護水從一個水資源轉移到另一個水資源的途徑。”

同位素水文學協助政府找到並了解其水源，這樣他們就可以建立管理系統來減少衝突的風險並增強抵禦乾旱的能力。

什麼是同位素？

就像我們在世界上看到的一切一樣，同位素是一種原子，是保留元素所有化學性質最小的物質單位。同位素是具有特定性質的化學元素的形式。

您可以在元素週期表上看到不同的化學元素。

每種元素都根據其所含的質子、中子和電子的數目作為區別。每種化學元素的原子都有一定數目的質子和電子，但特別重要的是其中子的數目是可變的。

具有相同數量質子但不同數量中子的原子稱為同位素。它們幾乎具有相同的化學性質，但質量不同，因此其物理性質也不同。

穩定同位素不發射輻射；但是不穩定同位素會發射輻射。後者被稱為放射性同位素。

穩定和放射性同位素如何幫助追蹤水？

蘇格蘭格拉斯哥斯克萊德大學永續發展環境工程教授 Bob Kalin 解釋道：“穩定同位素會因自然界的物理過程而改變。例如，海水蒸發成雲會改變穩定同位素。”

“因此，如果我們想找出某種物質的來源，例如它來自海洋、山頂的降雨流向河流，那麼我們就可以使用穩定同位素。但我們不知道完成所有這些需要多長時間。這就是放射性同位素真正發揮其最佳應用的地方，因為放射性同位素通過其隨時間的衰變，可以為我們提供所需時間指標。”

“山頂上的水要花多長時間才能流到我的井裡？放射性同位素可以告訴我們這一點。我們可以研究非常古老的水，並利用放射性衰變特性來推算出水的年齡。”

為什麼我們需要了解水的年齡？

“世界上有些地方幾千年來水都沒有滲入地下，”教授解釋。 “它就像任何其他原材料一樣——不可再生。”

“因此，如果我們開始從地下抽取大量老的地下水，而這些水又不會回流，那麼我們基本上就是在抽乾地下的水庫。

“因此，透過了解水的流入速度、流動速度、水庫總量和水庫存使用年限，我們可以確定水庫存的平衡，然後能更有效地管理水資源。”

什麼是同位素的特徵？

“每個水分子都有自己的特徵。水以多種不同的形式流動。它可能是冰、雪、雨，也可能是蒸氣。”

“水分子一開始與海水有一種特徵，蒸發後成為蒸汽時又具有不同的特徵，剛降落到陸地上時又具有不同的特徵，殘留的蒸汽最終在山頂上形成不同的降雨特徵。”

“每個過程最終都會改變重同位素與輕同位素的比例。因此，每個過程都會有其獨特的指紋，但我們可以跨越各大洲與全球，觀察這一移動的整體特徵。”

一個讀取雨滴指紋的全球計畫正在利用大數據的力量來監測我們這個乾渴星球的水資源供應。奧地利、哥斯大黎加和世界各地的科學家利用同位素水文學分析雨水和河水，以了解哪些雨滴最終流入哪條河流。

國際原子能總署如何幫助各國利用同位素水文？

國際原子能總署推廣和技術移轉使用同位素水文學，作為永續水管理有效工具的技術知識。它透過其同位素水文學實驗室提供分析服務的援助和培訓。

國際原子能總署也透過其全球水分析實驗室（GloWAL）網路計畫領導以努力加強水資源合作。

國際原子能總署的 Jodie Miller 認為，這個課題的另一個關鍵部分是監測：“你需要監測，因為如果你不監測，你就無法管理某些事情。在國際原子能總署，我們有一個降水監測計劃，我們稱之為全球降水同位素網絡。”

“它自 1960 年以來一直在運轉，它幫助我們了解降水模式如何變化，以及不同類型的降雨事件如何轉移到地下水系統。因此，知道地下水流動的時間尺度，對於了解我們是否以無法補給的速度抽取地下水至關重要。”