淡水是什么?分布于何处?
地球水资源中约3%为淡水。这些就是我们饮用、沐浴和灌溉农田所用的水。
除了湖泊水体、河流中的流水以及冰川和冰盖中结冰的水之外，大部分淡水储存在地下含水层中不为人所见。
同位素水文学是核科学的一部分，揭示水循环过程，有助于我们理解不同水资源之间的内在联系。
科学家根据同位素指纹可以确定水资源的来源、水龄、质量和更新速率。
追踪水迁移为什么重要?
获得可靠和安全的饮用水是满足人口不断增长的需求和维护人体健康的一个主要因素。淡水对于可持续粮食和能源生产、工业和环境保护也至关重要。
在全球淡水资源消耗速度远超补给速度的当下，同位素水文学具有重要价值。
马耳他是世界上水资源压力最大的十个国家之一。了解同位素水文学如何有助于水务部门在气候变化背景下了解并保护其有限的资源。
同位素水文学如何能保护水资源?
保护水资源是所有国家的重要目标，尤其在气候变化影响日益凸显的今天。
原子能机构同位素水文学处处长Jodie Miller解释说：“同位素水文学是帮助各国实现这一目标的一个非常有用的工具，因为它可以提供水分子指纹。
“通过这种指纹，我们能更好地了解不同水资源之间的水迁移方式，例如河流与湖泊之间，地表水与地下水之间。
“我们需要了解水的储量、分布及来源，才能采取措施，保护从一种水资源到另一种水资源的水迁移途径。”
同位素水文学助力各国政府探明并了解其供水来源，从而构建管理系统，以降低冲突风险，增强抗旱能力。这部短片是有关肯尼亚以及在那里提升抗旱能力的农民和科学家的案例研究。
什么是同位素?
像这世界上的所有事物一样，同位素是一种原子，是具有同一元素所有化学性质的最小物质单位。同位素是一种具有特定特性的化学元素的多种形式。
在元素周期表中，你可以找到不同的化学元素。
每一种元素由它所具有的质子、中子和电子的数量来区分。每种化学元素的原子都具有确定且数量相同的质子和电子，但关键是中子 — 其数量是可变的。
质子数相同但中子数不同的原子称为同位素。同位素的化学性质几乎相同，但质量不同，因此物理性质也不同。
稳定的同位素不会发出辐射，而不稳定的同位素会发出辐射，后者称为放射性同位素。
稳定同位素和放射性同位素如何能助力水追踪?
苏格兰格拉斯哥斯特拉斯克莱德大学可持续发展环境工程教授Bob Kalin解释说：“稳定同位素随自然界中的物理过程而变化。例如，海水蒸发成云，会改变稳定同位素。
“因此，若要追溯某些物质的来源，比如从海洋到山顶降雨、再到河流，可借助稳定同位素。但此过程耗时多少却不得而知。此时放射性同位素就展现出最佳应用价值，因为放射性同位素随时间而自然衰变，从而可以反映时间跨度。
“水从山顶到水井耗时几何?放射性同位素可以回答这个问题。面对非常古老的水，还可利用放射性衰变来计算其水龄。”
为什么要了解水龄?
那位教授解释说：“世界上有些地方已经几千年没有水渗入地下了，水就像任何其他原材料一样 — 不可再生。
“因此，如果大量抽取这些古老的地下水却没有水补给，无异于在清空地下水储备。
“通过了解水的入渗率、流速、储量和水龄，我们可以确定水的平衡，然后更有效地管理水资源。”
什么是同位素特征?
“每个水分子都有一个识别标志。水以多种不同形式迁移。可能是冰、雪，也可能是雨或蒸气。
“水分子始于海洋时的识别标志，在蒸发为水蒸气时已然不同，初降陆地时会再次改变，然后剩余的水蒸气最终在山顶上形成降雨，便又有了不同的识别标志。
“这些过程中的每一个都可能发生重同位素与轻同位素的比例改变。因此，每一个过程都会有独一无二的指纹特征，而这个迁移过程的整体识别标志是我们可以跨越各个大陆、甚至全球追踪的。”
一项解读雨滴指纹的全球项目正运用大数据力量，为我们干渴的星球监测供水状况。奥地利、哥斯达黎加和世界各地的科学家正在利用同位素水文学分析雨水和河水，解析雨滴与河流的归宿关系。
原子能机构如何帮助各国运用同位素水文学?
原子能机构推广和转让利用同位素水文学作为可持续水管理的有效工具方面的专门知识，通过其同位素水文学实验室提供有关分析服务的援助和培训。
原子能机构还通过其全球水分析实验室网倡议，带头努力加强水合作。
据原子能机构的Jodie Miller称，这个难题的另一个关键是监测：“需要监测。如果没有监测，就无法进行管理。在原子能机构，我们有一个降水监测计划，称为全球降水同位素网。
“该计划自1960年持续运行至今，帮助我们认识降水模式的变化方式以及不同类型降雨事件向地下水系统渗水的方式。因此，把握地下水流动的时间尺度，对于判断抽取速率是否超过补给速率至关重要。”
原子能机构支持科学家运用核技术确定本国供水数量和质量。他们利用天然存在的同位素作为示踪剂，以探明地下水来自何处，是新是旧，是否存在补给或污染，以及流径如何。
