IAEA đang triển khai Dự án nghiên cứu phối hợp (CRP) mới để cải thiện việc đánh giá các quá trình phức tạp liên quan đến sự sụt giảm của sông băng và tác động của nó đối với nguồn tài nguyên nước bằng cách sử dụng các kỹ thuật thủy văn đồng vị. Đối với nhiều khu vực trên thế giới, sông băng là thành phần chính của hệ thống thủy văn và có tác động đáng kể đến sự biến đổi hàng năm của chu trình nước ngọt. Những biến động trong quá trình sông băng tích tụ, lưu trữ và giải phóng nước ngọt có ý nghĩa quan trọng đối với cả lưu vực sông băng cũng như các khu vực thủy văn ở hạ lưu và các bên liên quan. Trong các lưu vực sông băng, sông băng tích tụ và lưu trữ nước trong mùa lạnh trước khi giải phóng dần khi điều kiện khí tượng chuyển sang mùa ấm hơn. Việc bơm nước tan chảy thường xuyên và đáng kể hàng năm vào các lưu vực trong khu vực này sau đó đã trở thành một đóng góp thiết yếu mà nhiều hệ thống nông nghiệp, sinh thái và công nghiệp dựa vào.
Trong bối cảnh khí hậu thay đổi, vai trò/đóng góp của các sông băng trong lưu vực sông sẽ thay đổi khi cường độ của cả yếu tố đầu vào thủy văn và khả năng lưu trữ đều giảm, cũng như khi điều kiện về mùa đông thay đổi. Kết quả là, biến đổi khí hậu dẫn đến sự sụt giảm của nhiều sông băng và sự phân mảnh của các sông băng lớn trước đây thành những sông băng nhỏ hơn. Những thay đổi này làm tăng khả năng xảy ra các hiện tượng cực đoan (như lũ lụt) và do đó sẽ tác động đến chu trình nước và hệ sinh thái địa phương và khu vực trong các lưu vực sông băng. Nhiều con sông nằm trong hoặc nối với các lưu vực sông băng đã thay đổi về chế độ dòng chảy, cao và thấp, do chúng được bổ sung bởi lượng nước tan băng. Sự thay đổi ngày càng tăng của lượng nước đầu vào từ các lưu vực sông băng tạo ra các kịch bản rủi ro gia tăng đối với nhiều hoạt động sử dụng nước lưu vực ở hạ lưu, chẳng hạn như làm mát nhà máy điện, vận chuyển nước nội địa, cung cấp nước uống và các dịch vụ hệ sinh thái. Trong tầm nhìn quy hoạch kinh tế xã hội hiện nay, sông băng có thể được coi là nguồn nước không thể tái tạo.
Những thay đổi về tính chất vật lý và hóa học của chế độ dòng chảy sông bắt nguồn từ sự tan chảy của sông băng đến nay vẫn chưa được hiểu đầy đủ. Đồng vị cung cấp một phương pháp mới để đánh giá các thành phần dòng chảy của nước băng tan, tương tác với hệ thống nước ngầm và xác định tuổi của tài nguyên nước đóng băng. Dự án của IAEA sẽ tập trung vào việc sử dụng các đồng vị làm công cụ theo dõi chu trình nước để nâng cao hiểu biết hiện tại của chúng ta về cân bằng khối lượng sông băng và sông băng, cho phép phân biệt rõ hơn nguồn nước cần thiết cho tưới tiêu, sản xuất điện, cấp nước đô thị, vận tải đường sông, v.v.
Sự hiểu biết được nâng cao về các thành phần dòng chảy và tuổi của chúng ở những khu vực này sẽ giúp bối cảnh hóa khả năng nạp lại nước của các hệ thống thủy văn địa phương và khu vực. Việc xác định độ tuổi của các thành phần lưu vực sông băng sẽ cung cấp thông tin chuyên sâu về tính dễ bị tổn thương của từng lưu vực riêng lẻ dưới dạng tài nguyên nước, đặc biệt là liên quan đến khả năng đáp ứng nhu cầu nước từ băng quyển. Việc phân biệt đầu vào từ các nguồn nước khác nhau trong chu trình thủy văn cho phép phân định sự đóng góp tương đối của các nguồn nước trong lưu vực và cải thiện khả năng dự đoán và quy hoạch tài nguyên nước trong tương lai cho các bên liên quan ở hạ lưu. Kỹ thuật đồng vị sẽ cung cấp thông tin cho các chiến lược quản lý tài nguyên nước và góp phần dự đoán chính xác hơn về những thay đổi thủy văn trong tương lai ở các khu vực có sông băng.
Tốc độ bổ sung tầng ngậm nước phụ thuộc vào khí hậu và môi trường ở vị trí diễn ra quá trình nạp lại. Tầng chứa nước ở khu vực có lượng mưa thấp có thể mất hàng thế kỷ để được nạp lại. Ngược lại, các tầng chứa nước nông ở khu vực có lượng mưa lớn có thể được bổ sung gần như ngay lập tức. Do đó, biến đổi khí hậu, dẫn đến hạn hán dữ dội hơn nhưng cũng có lượng mưa cục bộ dữ dội hơn, có tác động đến tốc độ nạp lại tầng ngậm nước và nói rộng ra là lượng nước ngầm mà con người có thể sử dụng bền vững. Việc sử dụng nhiều nước ngầm cho các hoạt động của con người, chẳng hạn như nông nghiệp và công nghiệp, ở quy mô vượt quá tốc độ nạp lại tầng ngậm nước, có thể gây nguy hiểm không chỉ cho tính toàn vẹn của tầng ngậm nước, có nguy cơ sụp đổ nếu chúng bị rút cạn, mà còn ảnh hưởng đến sự tồn tại của các tầng ngậm nước.
Phân tử nước bao gồm các nguyên tử oxy và hydro. Một số biến thể của các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học, được gọi là đồng vị, có thể được sử dụng để nghiên cứu chu trình nước, bao gồm cả nước ngầm. Đồng vị là các nguyên tử của cùng một nguyên tố có cùng số proton nhưng khác nhau về số neutron. Các kỹ thuật “đồng vị” khác nhau được sử dụng để đo số lượng và tỷ lệ đồng vị cũng như truy tìm nguồn gốc, lịch sử, nguồn gốc và tương tác của chúng trong môi trường. Nước có “dấu vân tay” hay “dấu hiệu đồng vị” khác nhau hoặc duy nhất, tùy thuộc vào nguồn gốc của nó. Các nhà khoa học phân tích các đồng vị để theo dõi sự chuyển động và các nguồn ô nhiễm của nước dọc theo đường đi của nó trong chu trình nước.
Các nhà khoa học sử dụng đồng vị trong các nghiên cứu quy mô lớn về nước, để đánh giá số lượng, độ tuổi và nguồn gốc của nó cũng như để xác định xem lượng nước mà con người sử dụng có bền vững hay không. Ví dụ, các đồng vị phóng xạ hiện diện tự nhiên trong nước ngầm, chẳng hạn như tritium, carbon-14 và các khí hiếm helium-3, helium-4 và krypton-81, được sử dụng để tìm hiểu thêm về tuổi thọ của nước ngầm và khoảng thời gian của dòng nước ngầm. Bằng cách phân tích nồng độ của các tổ hợp khác nhau của cả đồng vị ổn định và đồng vị phóng xạ, các nhà khoa học có thể tính toán chính xác thời điểm nước được nạp lại trong các tầng ngậm nước, tốc độ nước ngầm chảy như thế nào và mất bao lâu để bổ sung. Với dữ liệu này, có thể xác định, chẳng hạn, liệu các hoạt động nông nghiệp ở một khu vực cụ thể có cần một lượng nước ngầm không được bổ sung đủ nhanh để duy trì nhu cầu tưới tiêu về lâu dài hay không..
Từ khóa: thủy văn; đồng vị;
– CMD&DND –
