Techniklexikon

Isotopenhydrologie

Teilgebiet der Umweltphysik, das sich mit der Untersuchung des Gehalts an den stabilen Isotopen ¹⁸O und ²H (Deuterium, D) in Wassermolekülen befasst. Die Analyse der stabilen Wasserisotope ¹H₂¹⁸O, ¹H²H¹⁶O in natürlichen Proben wie Niederschlag, Grundwasser, Schnee, Eis oder Süsswasser lässt Rückschlüsse auf gegenwärtige und frühere Transportprozesse in der Atmosphäre und die Klimageschichte zu. Dabei geht man davon aus, dass die isotopische Fraktionierung stets als Gleichgewichtstrennung abläuft. Das bedeutet, dass der Prozess so langsam von statten geht, dass keine kinetischen Effekte auftreten, bei denen noch die unterschiedlichen Diffusivitäten der einzelnen Isotope berücksichtigt werden müssten.

Auf Grund von Fraktionierungsprozessen, die wiederum von Klima- und Umweltfaktoren wie z.B. der Temperatur abhängen, werden leichte und schwere Isotope unterschiedlich weit transportiert (Isotopenfraktionierung). Wird eine Wasserprobe vom Wasserkreislauf in tiefen Grundwässern oder in von Gestein umschlossenen wassergefüllten Poren abgeschlossen, so kann sie die zur Zeit des Abschlusses herrschenden Bedingungen als Klimaarchiv konservieren. Eine besondere Rolle spielt hierbei die »Meteoric Water Line«, bei der Deuterium- und ¹⁸O-Gehalt von verschiedenen Proben gegeneinander aufgetragen werden und aus der u.a. das atmosphärische Luftfeuchtedefizit oder die Niederschlagshäufigkeit zur Zeit des Probenabschlusses ermittelt werden können.

Die stabilen Wasserisotope und ebenso das radioaktive Tritium werden ausserdem als natürlich oder künstlich eingebrachte Tracer verwendet, um beispielsweise Sommer- und Winterniederschläge im Bodenwasser voneinander zu unterscheiden.