利用环境示踪剂了解拉丁美洲和加勒比地区的水资源

拉丁美洲和加勒比地区约有6.6亿居民，在气候变化中水资源供应减少，该地区很容易受到影响。气温升高和土地利用的突然变化如果不加以处理，将继续导致地表水质量和数量的下降，从而迫使对地下水开采的更大依赖。如果要解决这一问题，就必须推进对(地下水)的供应、补充率和质量的研究。索托博士曾在英国兰开斯特的英国生态和水文中心工作，以及哥斯达黎加稳定同位素研究小组国家大学的Sánchez-Murillo博士一直在接受这一挑战。

稳定同位素是非放射性形式的原子。作为示踪剂，这些同位素可用于更好地表征和模拟各种化学和生物化学系统。例如，水稳定同位素是可靠，快速且相对低成本的技术，用于追踪复杂景观中的降雨输入和表面/地下水连接之间的相互作用。他们正在为陆地生态系统和水循环之间的复杂性提供独特的见解，特别是在不断变化的气候中。

在发达国家几十年来，利用环境示踪剂采集了有关使用环境示踪剂的水法模式的精确信息，但拉丁美洲和加勒比地区（LAC）区域遭受了这种方法的有限应用。目前的研究和编辑努力，由David X. SOTO博士的矛头，以前来自兰卡斯特兰卡特·斯托特纳·哥斯达黎加大学里的化学系中稳定同位素研究小组的兰卡斯特·斯塔涅兹 - Murillo的英国生态和水文博士。一直在解决这个问题。与一系列组织合作，该团队正在进行对该地区水文研究的严重进展。例如，这项倡议的结果将促进中美斯廷司中的可持续性规划，最终提高其水安全和可持续性。

同位素和水循环
对我们星球上水的运动和分布的科学研究被称为水文包括所谓的“水循环”。水循环描述了水是如何在地球表面之上和之下以及大气中持续运动的。这个循环(也称为水文循环)的要素包括降水/降雨、河流、湖泊、水质、地下水和流量特征。如果准确地监测降雨、地表水和地下水之间的联系，那么就可以确定湖泊和流域的水的来源和数量。这也适用于含水层;这些是含有地下水的岩石和沉积物。这种监测方式也使我们了解植被和作物是如何消耗水的。

该团队能够为中美洲斯廷斯开发区域化的降雨。

自然产生的同位素与那些故意添加的同位素是分开的。例如，氘(在原子核中有一个质子和一个中子的氢-2)是普通氢(只有一个质子)重量的两倍。它的使用是基于通过测量两种同位素相对于国际标准的比例来获取系统的信息。水文示踪剂，如氢同位素，以前在LAC区域未得到充分利用，或至少有掩护。索托博士和Sánchez-Murillo博士从阿根廷、巴西、智利、哥斯达黎加、古巴、马提尼克岛和墨西哥等几个国家选择了研究作为他们的汇编，并与这些国家的团队合作，解决了这一地区的数据短缺问题。许多研究小组收集了最近和存档的稳定同位素测量数据集，从降雨、地面和地表水样本汇编。其中许多同位素是从位于奥地利维也纳的国际原子能机构(原子能机构)内同位素水文科的数据库中提取的。全球降水同位素监测网络(GNIP)是由国际原子能机构(IAEA)和世界气象组织(WMO)于1960年发起的全球降水同位素监测网络。GNIP主要分析氘和氧(氧-18)环境同位素的时空变化。在这方面，研究人员还重要地从中美洲加勒比和太平洋斜坡的GNIP数据库中汇编了同位素数据，以强调加勒比海作为他们研究的关键水分来源的相关性。

调查和监测水文联系：中美洲干走廊为例
在中美洲，有一条被称为中美洲干旱走廊（CADC）的土地，从嘉帕斯（墨西哥）延伸到哥斯达黎加西部和巴拿马西部的西部。这是一个称为“峡部”的地理特征。峡部门连接两个较大的陆地，并将两个尸体分开。在旱季期间，通常从11月中旬到5月中旬，该地区的特点是环境温度相对较高，降雨量最小。地下水在该地区的需求方面有着巨大的需求，因为农业，旅游，采矿和水电系列等几种活动，在有限的水源上加上气候变化，使地表水稀缺。更多地，长期的干旱正在成为规范，随着水污染 - 人口增长和不受管制的土地利用导致升级，显然，利益相关者（这些政府和环境机构）需要科学家帮助他们更好地了解陆地水域．通过收集强大的水文数据，可以实施水资源短缺缓解策略，并采用有效的可持续水管理实践。

中美洲国家必须改进其水资源监测和管理办法，因为这对该区域的许多社会经济活动至关重要。为了实现这一目标，一个关键的驱动因素是改进对与地面和地表水供应有关的控制降雨模式的因素的理解。地下水通过土地吸收水的“补给”过程得到补充，而地表水则在地面上自由排放或流动。

分配映射
随着最近在CADC的抽样活动中，目的是在降雨，地表水和地下水中获得稳定同位素变化的更好的空间和时间覆盖。降雨稳定同位素数据集由1,873个样本（2013-2018）组成，每周和每日收集。从井和弹簧收集地下水，而表面水仅从主要河流和溪流中取样。组合档案和最近的同位素数据，该团队能够为中美洲海峡斯马斯马斯开发区域化的降雨以国际原子能机构同位素水文部分的宝贵帮助，并使用GNIP数据库。实际上，ISOSCAPE是同位素分布的地图，在这种情况下，它允许确定降雨 - 地下水补给相互作用。

这些数据开始描绘出一幅地峡的画面，显示出有规律的大气环流模式。

有了这些知识和同位素直减率(同位素随海拔变化)，研究小组能够确定潜在的补给海拔。这是主要进行有关地下水补给的海拔范围的指标。

也许最令人着迷的是科学家们使用NOAA的HYSPLIT模型，使用一种算法来计算气团的反轨迹。利用时间分辨率和关键参数，如开始时间、位置和高度，确定了气团的平均位置，并在48小时的时间向后建模。研究小组共创造了476条气团轨迹，并将它们分为旱季(1 ~ 4月)和雨季(5 ~ 12月)。在这样做的过程中，出现了水汽环流模式，使他们能够比较跨中美洲地峡的控制水汽输送机制。

重大空缺
结果是惊人的。数据开始描绘出一幅地峡的画面，显示出有规律的大气模式。降水同位素组成的区化时间模式显示出明显的同位素指纹指向CADC北部，水汽输送主要受加勒比海半封闭盆地控制。同样，该研究还揭示了在雨季和仲夏干旱期间降水中的其他同位素信号。地面和地表水的同位素描述了强烈的地形分离进入加勒比和太平洋域。这种分离依赖于山脉的形状和位置，在这里，主要是由来自加勒比海的控制水汽输送引起的，实现了横跨南北山脉的复杂降雨模式。计算的补给高程指向高原地区地下水补给，同时表明地表水与地下水库之间有明显的联系。注意到的时间和空间差距是重要的，并对CADC的地下水资源可持续性有巨大的影响。

这项工作首次对CACD区域的时空同位素变异性进行了区域综合。它强调了迫切需要重新评估地下水供应及其使用情况。除其他目的外，他们的研究结果应为中美洲地峡的水保护法规决定和可持续规划提供信息，同时从他们的研究中获得的知识对水安全促进和加强森林保护做法产生影响。在这样做的时候，其他热带和亚热带地区应该能够从他们的蓝图中受益。