Đồng vị phóng xạ Tritium (3H), đồng vị bền Deuterium (2H) và Oxygen-18 (18O) là các thành phần hiếm của phân tử nước H2O. Chúng cung cấp nhiều dữ kiện cho việc nghiên cứu các quá trình bên trong vòng tuần hoàn của nước.
Tritium được phát thải vào trong không khí trong giai đoạn thử nghiệm bom hydro của con người. Kể từ đó, nồng độ Tritium giảm dần bởi các quá trình rửa trôi và sự pha trộn của hơi ẩm từ các đại dương. Do thời gian tồn tại của nước biển (lên tới 2000 năm) dài so với chu kỳ bán rã của Tritium (12.4 năm), đại dương đóng vai trò như một bể chứa Tritium. Tritium trong lượng mưa được theo dõi kể từ khi bắt đầu quá trình thử bom hydro từ cuối năm 1952. Các dữ liệu này cho phép thiết lập mức thời gian cho quá trình vận chuyển nước thông qua các giai đoạn khác nhau của chu trình thủy văn. Ví dụ, một nguồn nước ngầm không chứa Tritium, chắc chắn phải được hình thành từ nguồn nước mưa rỉ thấm xuống đất trước năm 1952 bởi vì nồng độ tự nhiên của Tritium đã hoàn toàn phân rã dưới mức có thể phát hiện. Nếu một phép đo 1000 đơn vị Tritium (TU) trong lớp băng, thì lớp băng này phải bắt nguồn từ quá trình mưa tuyết trong năm 1963. Đó là thời điểm, Tritium được phát thải vào không khí lớn nhất.
Các đồng vị bền tạo nhãn theo một cách khác: khi mà một phân tử nước có chứa Deuterium (2H) và Oxygen-18 (18O) sẽ nặng hơn một phân tử nước thông thường, hơi nước tạo thành mưa sẽ bị suy giảm nồng độ các đồng vị nặng so với nước ở đại dương. Quá trình ngưng tụ tạo thành các giọt mưa từ một đám mây sẽ đảo ngược quá trình này. Các phân tử hơi nước nặng hơn sẽ ngưng tụ trước, tức là nước mưa sẽ được làm bằng phương pháp đồng vị, và độ ẩm của đám mây bị giảm dần khi nước mưa rơi liên tục.
Tỉ lệ đồng vị trong suốt quá trình chuyển pha của nước (hơi-lỏng-rắn) là phụ thuộc vào nhiệt độ. Một mẫu nước được dán nhãn phụ thuộc vào các điều kiện môi trường mà nó đã tphổ qua. Do vậy rõ ràng rằng các mẫu nước được minh họa thay đổi trên một phổ rộng không gian và thời gian. Các hạt mưa nặng bị làm loãng nhiều hơn so với các hạt mưa nhẹ, mưa vào mùa hè ít bị làm loãng hơn vào mùa đông. Mưa ở các vùng cực nhẹ hơn so với các vị trí có vĩ độ thấp hơn, các mạch nước ngầm bắt nguồn từ quá trình rỉ thấm tại các vị trí cao là nhẹ hơn so với mưa được hình thành ở các vùng đất thấp. Các nguồn nước mặt dễ bị mất các phân tử nước nhẹ do quá trình bay hơi. Chúng thường được làm giàu các đồng vị nặng so với thành phần đồng vị của nước mưa mà chúng được tạo thành.
Như vậy một mạng lưới dữ liệu về đồng vị toàn cầu là cần thiết để giải mã thí nghiệm đánh dấu đồng vị đang diễn ra trong phòng thí nghiệm tự nhiên này.
Đoàn Mạnh Long, Phòng Giáo vụ và Đào tạo Nguồn: http://www-naweb.iaea.org/napc/ih/documents/userupdate/description/Precip1.html