Hidrológiai Közlöny 1964 (44. évfolyam)

5. szám - Dr. Aujeszky László: Hidrogén-izotópok szerepe a hidrometeorológiai kutatásokban

'230 Hidrológiai Közlöny 1964. 5. sz. Szemes G.—Bozzay E.: A jég alatti Duna-víz METEOROLÓGIA Hidrogén-izotópok szerepe a hidroraeteorológiai kutatásokban Dr. AUJESZKY LÁSZLÓ a fizikai tudományok kandidátusa A hidrogén két nehéz izotópjának, a deutériumnak és a tríciumnak korszerű hidrológiai felhasználásáról ismételten szó volt ennek a folyóiratnak a hasábjain. Az alábbaikban ezeknek az izotópoknak a hidrorneleorológiában vaIó alkalmazásaival kívánok foglalkozni. A fizikából ismeretes, hogy a Földön és világegyetemben óriási mennyiségben található könnyű hidrogénnek két nehéz izotópja van, amelyek a természetben mindenkor a könnyű hidrogénnel együtt, de sokkal kisebb mennyiségben fordulnak elő [1], Az abundáns hidrogén-izotóp atommagja egyetlen magános protonból áll, a nehéz izotópok atommagjai ellenben a protonon kívül egy, illetőleg két neutront is tartalmaznak, és ennek következtében kereken kétszer, illetőleg háromszor nagyobb tömegűek a protonoknál. A deutérium és trícium elnevezések ebből a tömegbeli különbségből származnak. * A nehéz hidrogén-izotópokkal kapcsolatos hidrológiai kérdések közül a deutériumra vonatkozóknak már meglehetősen hosszú múltjuk van. Évtizedek óta tudjuk, hogy a földi vizek átlagosan 1/5000 résznyi deutériumos nehéz vizet tartalmaznak, vagyis olyan vizet, amelynek a molekujában egy vagy esetleg két közönséges hidrogén-atom helyett deutérium-atom szerepel. Eszerint a deutériumos nehéz víz kétféle vegyületből áll, a DHO jelű deutériumhidroxidból és a D

20 jelű deutériumoxidból. A nehéz víz nagyobb része deutériumhidroxid, amelynek fajsúlya 19:18 arányban nagyobb a közönséges víz fajsúlyánál. Azonban a különféle eredetű földi vízkészleteknek a deutérium-tartalma nem egészen azonos. A nehéz víz egyik jellemző tulajdonsága, hogy nehezebben párolog, mint a közönséges víz. Énnek hidrometerológiai okai a következők. Folyékony állapotban levő természetes vizekben együtt van jelen a könnyű és a nehéz víz. Együttesük úgy viselkedik, mintha kölcsönösen oldva volnának egymásban. Elpárolgásukat tehát az oldatok párolgására vonatkozó fizikai törvények szabályozzák. A természetes vizet úgy foghatjuk fel, hogy az igen híg oldat, amelyben viszonylag igen nagy mennyiségű könnyű vízben rendkívül kevés nehéz víz van feloldva. Az ilyen szuper-híg oldatból az oldószer éppen olyan könnyen párolog el, mintha tiszta állapotban volna. Másrészt azonban úgy is felfoghatjuk a természetes vizet, mint kis mennyiségű nehéz vizet, amelyben óriási mennyiségű könnyű víz van feloldva. Ilyen óriási töménységű oldatban az oldószer igen nehezen párolog el. Ennek az a következménye, hogy a huzamos párolgásnak alávetett felszíni vizekben a nehéz víz fokozatosan feldúsul. A nehéz víz viselkedése ebből a szempontból hasonlít az oldott ásványi anyagok (sótartalom) jólismert viselkedéséhez. Csapadékban szegény, meleg és szeles jellegű éghajlatok alatt (mint például a Káspi-tenger híres sókamráiban) az erős elpárolgás folyamán úgy a sótartalom, mint a nehézvíz-tartalom is megszaporodik. Ezzel szemben a keveset párolgó felszíni vizekben (csapadékos, hideg, szélcsendes, ködképződésre hajlamos éghajlatú vízterületeken) a nehézvíz-tartalom viszonylagosan kisebb. A párolgás lehetőségétől elzárt földalatti vízkészletek nehézvíz-tartalma ugyancsak aránylag jelentékeny. Földünk légköre kereken 13 billió tonna vizet tartalmaz légnemű halmazállapotban, vízgőz alakjában. Ez a hatalmas vízgőzkészlet a földi vizek elgőzölgéséből táplálkozik. Minthogy a deutériumtartalom egy része az elgőzölgésnél visszamarad, azért a légköri vízgőz deutériumtartalma valamivel kisebb, mint a földfelszíni vizeké, kivált mint a tavaké és tengereké. Ugyanez a megállapítás érvényes, bár valamivel csekélyebb mértékben, azokra a folyékony halmazállapotú víztömegekre is, amelyekből a felhők állnak. Ezek a vízmennyiségek ugyanis a légköri vízgőz cseppfolvósodásából származnak. A nehéz víz gőze azonban, éppen az említett okok miatt, valamivel könnyebben cseppfolyósodig mint a közönséges vízgőz. Ezért a felhők vízanyagában már valamivel több nehéz víz van jelen, mint a felhőképződés kiinduló anyagában, a légköri vízgőzben. A szárazföldi vízkészletek általában szegényebbek deutériumban, mint a tengervíz, de a különféle eredetű szárazföldi vizek közt ismét különbségek mutatkoznak. A hóolvadásből származó víz körülbelül 10%-kal kevesebb deutériumot tartalmaz, mint az esővízzel táplált folyók vize, és kereken 35%-kal kevesebbet, mint a tengeré. Rendkívül érdekes különbségek mutatkoznak az élőlények szervezetében levő víz deutériumtartalmában. Az állati szervezetekben levő víz deutériumban gazda-* gabb, mint a légköri és a felszíni vizek. A növényi szervekben a deutérium még nagyobb mértékű feldúsulásával találkozunk. Ennek a sajátságos jelenségnek valószínűleg az az oka, hogy az állati szervezet magasabb hőmérsékleten párologtatja el a vizet, mint a növények. A kétféle víz elpárolgási hajlama között ugyanis annál nagyobb a különbség, minél alacsonyabb hőmérsékleten történik a párolgás. Ennek megfelelően a párolgás bedúsító hatása a növényeken jobban érvényesül. Nehéz víz bedúsulásával találkozunk a glecscserek jegében, különösképpen pedig a gleccserek