The use of isotopes and environmental tracers in subsurface hydrology

Abstract

The term “isotope hydrology” is, perhaps, unfortunate. It refers to the application of techniques that measure isotopic abundances (i.e., relative numbers of atoms of an element having different numbers of neutrons in the nucleus) to problems in hydrology. However, “isotopic” techniques can be applied to a very wide range of hydrological problems. For example, isotopic abundances may be used as conservative tracers for transport by flowing groundwater, for estimating amounts of materials going from one phase of a system to another, for determining extents of chemical reactions in the subsurface, for identifying recharge areas of aquifers, or for estimating subsurface residence times. In general, neither the analytical techniques used nor the physical processes involved have much in common from application to application. Instead, the common thread throughout the field is a basic application of simple nuclear physics and a generally understood (within the specialty) jargon and notation.

The distribution of meteoric 36 Cl/Cl in the United States: a comparison of models

“…La circulación atmosfØrica transporta el cloruro marino hacia el interior, donde la distancia a la costa, topografía y corrientes del viento definen la distribución del cloruro. La fflnica desviación principal de este esquema tiene lugar al norte de Utah y en el sur de Idaho, donde se deduce que existe una fuente continental de cloruro en los Rellanos Salados de Bonneville (Salt Flats).En contraste con estudios previos (Knies et al 1994;Phillips 2000), se ha descubierto que el flujo atmosfØrico de 36 Cl hacia la superficie terrestre es aproximadamente constante en todos los estados, sin deducirse una correlación fuerte entre el aporte de 36 Cl y la precipitación anual. Sin embargo, la correlación entre estas variables se ve mejorada de forma significativa, con coeficientes de regresión comprendidos entre 0,15 y 0,55, cuando se excluyen los datos recogidos en el sudeste de los EUA, que tienen concentraciones de 36 Cl atmosfØrico presuntamente inferiores a la media.…”

“…En contraste con estudios previos (Knies et al 1994;Phillips 2000), se ha descubierto que el flujo atmosfØrico de 36 Cl hacia la superficie terrestre es aproximadamente constante en todos los estados, sin deducirse una correlación fuerte entre el aporte de 36 Cl y la precipitación anual. Sin embargo, la correlación entre estas variables se ve mejorada de forma significativa, con coeficientes de regresión comprendidos entre 0,15 y 0,55, cuando se excluyen los datos recogidos en el sudeste de los EUA, que tienen concentraciones de 36 Cl atmosfØrico presuntamente inferiores a la media.…”

“…La seule exception majeure à ce schØma est observØe dans le nord de l'Utah et le sud de l'Idaho o l'on suppose qu'il existe une source continentale de chlorure dans les bas-fonds salØs de Bonneville. Au contraire de prØcØdentes Øtudes (Knies et al 1994;Phillips 2000), on trouve que le flux atmosphØ-rique de 36 Cl vers le sol est approximativement constant sur l'ensemble des États-Unis, sans forte corrØlation entre la retombØe locale de 36 Cl et les prØcipitations annuelles. Cependant, la corrØlation entre ces variables devient significative (R 2 =0.15 à 0.55) lorsqu'on supprime les donnØes du sud-est des États-Unis, dont on pense qu'elles prØsentent des concentrations en 36 Cl atmosphØrique infØrieures à la moyenne.…”

“…Le mod le proposØ par Hainsworth (1994) fournit le meilleur ajustement d'ensemble à la distribution du rapport 36 Cl/Cl observØe dans cette Øtude. Un mod le orientØ vers les processus proposØ par Phillips (2000) surestime dans l'ensemble le rapport 36 Cl/Cl dans la plupart des rØgions du pays et prØsente plusieurs dØsac-cords locaux avec les donnØes empiriques.…”

“…The model proposed by Hainsworth (1994) provides the best overall fit to the observed 36 Cl/Cl distribution in this study. A processoriented model by Phillips (2000) generally overestimates 36 Cl/Cl in most parts of the country and has several significant local departures from the empirical data.…”