Izotopy zachraňujú unikát


Izotopy zachraňujú unikát

V súčasnosti, keď sa rýchlo pribúdajúce obyvateľstvo vo svetovom meradle väčšmi koncentruje v čoraz väčších aglomeráciách, sa dostatok pitnej vody stáva limitujúcim faktorom udržateľného rozvoja spoločnosti.

Slovensko patrí medzi šťastné krajiny s hojnými zásobami pitnej vody. Podstatná časť obyvateľstva je zásobovaná kvalitnou podzemnou vodou. Pestré príbehy, ktoré píše voda počas svojho obehu pod zemou – preto podzemná voda –, ostávajú pred očami človeka ukryté. Voda vstupuje do podzemia obvykle skrytým spôsobom, jej hlavný zdroj predstavujú také obyčajné veci ako sneh a dážď či prestupy vody z riek do okolitého prostredia. Zjavný vstup vody do podzemia (ponor) je dosť zriedkavý. Jej výstup na povrch býva často zjavný (pramene), ba až spektakulárny (gejzíry). Vo vhodnom horninovom prostredí občas podzemná voda zanecháva obdivuhodné stopy – jaskyne.

Osudy vody

Pre človeka je výhodné, ba priam nutné, aby zdroje podzemnej vody chránil. Preto musí poznávať osud podzemnej vody od miesta infiltrácie cez cesty jej obehu po výver. Na tento účel sa postupne vyvinuli vhodné nástroje – vedomostné i technické. Jedným z nich je izotopová geológia. V oblasti hydrogeológie sa zaoberá najmä distribúciou tzv. environmentálnych izotopov (stabilné izotopy ľahkých prvkov vodík, uhlík, dusík, kyslík, síra) v geologickom prostredí.

Poznatky o izotopovom zložení vodíka a kyslíka, ktoré sú základnou zložkou vodnej molekuly, nesú v podstate ako jediný nástroj záznam o histórii vody počas celého hydrologického cyklu – od vody oceánu cez pary, vodu zrážok, podzemnú až povrchovú vodu. Na základe poznatkov o izotopovom zložení ďalších prvkov sa získavajú tiež špecifické informácie o látkach rozpustených vo vode.

Už pri vstupe do podzemia – infiltrácii – reaguje zrážková voda najprv s pôdou a pri ďalšom postupe pod povrch s horninami. Takto sa voda reakciou s horninovým prostredím obohacuje o rôzne látky. Nemalú úlohu hrajú plyny prítomné vo vode i okolitom prostredí (pôdny vzduch, CO2 a podobne).

Jednu z významných vo vode rozpustených zložiek predstavujú sírany. Ak vieme identifikovať príslušné zdroje síry, vieme lepšie popísať cesty obehu podzemnej vody.

jaskyňa; foto: Daniel Svoboda

Frakcionácia

Izotopy sú atómy jedného prvku s rozdielnym počtom neutrónov v jadre. Izotopy sa delia na rádioaktívne, teda tie, ktorých jadrá sa samovoľne rozpadajú, a stabilné, pri ktorých nie je možné identifikovať rozpad. Izotopy si zachovávajú chemické charakteristiky daného prvku (počet protónov a počet elektrónov je identický), v dôsledku rôznej hmotnosti (pretože majú v jadre rozdielny počet neutrónov) sa však mierne líšia vo svojich fyzikálno-chemických vlastnostiach. To spôsobuje, že izotopy sa pri reakciách alebo procesoch (napr. chemické a red-ox reakcie, výpar a kondenzácia a iné) rozdeľujú, pričom izotopy s väčšou hmotnosťou prednostne vstupujú do zlúčenín s energeticky náročnejšími väzbami. Takto bude väčšie zastúpenie ťažkých izotopov (2H, 18O) vo vode ako vo vznikajúcej pare, tá je – naopak – bohatšia na ľahšie izotopy (1H, 16O).

Toto rozdeľovanie izotopov sa nazýva frakcionácia. Frakcionácia je tým väčšia, čím sú väčšie hmotnostné rozdiely medzi jednotlivými izotopmi: deutérium 2H s jedným neutrónom v jadre je dvakrát ťažšie ako prócium 1H. Pomer hmotností pri najrozšírenejších izotopoch kyslíka je 18/16.

Ak poznáme zákonitosti distribúcie izotopov a zároveň sme schopní minimálne rozdiely v rôznych typoch vzoriek presne merať, vznikajú predpoklady na praktické využitie poznatkov o izotopovom zložení v celej škále prírodných i spoločenských vied, v medicíne, forenznej praxi, ale aj v potravinárstve a colnej správe.

 

Výsledky tejto štúdie sú výsledkom projektu LIFE+ koordinovaného Európskou komisiou pod číslom LIFE11 ENV/SK/001023, s názvom „Zavedenie trvalo udržateľného využívania podzemnej vody v podzemnom krasovom systéme Krásnohorskej jaskyne“ (akronym: KRASCAVE).

 

Autori: RNDr. Peter Malík, CSc. a RNDr. Juraj Michalko, CSc., Oddelenie hydrogeológie a geotermálnej energie, Štátny geologický ústav Dionýza Štúra

Foto: Daniel Svoboda

Uverejnila: VČ

 

Viac o výsledkoch výskumu krasového podzemného ekosystému Krásnohorskej, ako aj o iných zaujímavých témach, sa dočítate v časopise Quark (číslo 06/2019), ktorý nájdete v novinových stánkoch alebo si ho môžete predplatiť v elektronickej alebo papierovej verzii na www.quark.sk.

Súvisiace:

Hore
Quark_2019
Bratislavská vedecká cukráreň
Aurelium - centrum vedy
Veda v Centre
Publikácie Veda v CENTRE
kúpa časopisov jún 2016
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Extrapolácie 2019
Zaujímavosti vo vede
Ľudia trpiaci schizofréniou majú často ťažkosti s rozpoznávaním emócií a porozumením zámerov ľudí.
Zistite viac