Αυτοί οι υπέροχοι χάρτες νερού βοηθούν στον εντοπισμό ψεύτικων θυμάτων από Σκωτσέζους και δολοφονίες

Ένα από τα κριτήρια που κάνουν ένα σκωτσέζικο σκωτσέζικο είναι ότι είναι φτιαγμένο με σκωτσέζικο νερό. Αυτό σημαίνει ότι ένας έξυπνος γνώστης θα πρέπει να μπορεί να πει αν το ποτό του είναι αυθεντικό, ανιχνεύοντας την πηγή των μορίων του H2O. Αλλά πως? Αφού συλλεχθεί και φιλτραριστεί από ακαθαρσίες, το νερό είναι νερό, σωστά;

Οχι ακριβώς. Τα στοιχεία υδρογόνο και οξυγόνο εμφανίζονται στη φύση με διάφορες μορφές, που ονομάζονται ισότοπα, τα οποία διαφέρουν ως προς τον αριθμό νετρονίων. Μετρώντας τη σχετική αφθονία αυτών των ισοτόπων σε ένα δείγμα νερού χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται φασματομετρία μάζας, οι επιστήμονες μπορούν να προσδιορίσουν την «αναλογία ισοτόπων». Και όπως αποδεικνύεται, η αναλογία ισοτόπων του νερού ποικίλλει δραματικά από μέρος σε μέρος.

Οι επιστήμονες το παρατήρησαν για πρώτη φορά αυτό στη δεκαετία του 1950, όταν άρχισαν να συλλέγουν δείγματα γλυκού νερού από όλο τον κόσμο, λέει ο Gabe Bowen, γεωχημικός στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα. Επιπλέον, λέει, οι ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι οι αναλογίες των ισοτόπων «διαφοροποιούνταν με προβλέψιμους τρόπους». Το ποσοστό των βαρύτερων ισοτόπων νερού μειώθηκε σε μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη, υψηλότερα υψόμετρα και μακρύτερα από τις ακτές.

Μέχρι τη δεκαετία του 1990, το Γεωλογικό Ινστιτούτο των ΗΠΑ είχε συγκεντρώσει μια συλλογή από σχεδόν 5.000 μετρήσεις ισοτόπων του νερού του ποταμού και των βροχοπτώσεων από όλη τη χώρα. Όταν η υδρολόγος Carol Kendall και ο συνάδελφός της Tyler Coplen ανέλυσαν αυτά τα δεδομένα, επιβεβαίωσαν τη μεγάλης κλίμακας μοτίβο των ισοτόπων του νερού στις ΗΠΑ. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν τις μετρήσεις τους για να δημιουργήσουν έναν χάρτη των ισοτόπων του νερού σε κάθε τοποθεσία στη χώρα. Το αποτέλεσμα, που δημοσιεύτηκε το 2001, ήταν ένα λεπτομερές εθνικό ισότοπο—ένας τοπογραφικός χάρτης που έδειχνε αναλογίες ισοτόπων αντί για υψόμετρο.

Έκτοτε, ερευνητές όπως ο Bowen δημιούργησαν ισοτοπία δημιουργημένα από υπολογιστή για διαφορετικά στοιχεία και διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές, από μια ενιαία λεκάνη απορροής σε ολόκληρο τον πλανήτη, χρησιμοποιώντας γνώσεις σχετικά με την ατμοσφαιρική κυκλοφορία, τα πρότυπα βροχόπτωσης και άλλες φυσικές διαδικασίες για να κάνουν τις καλύτερες εκτιμήσεις για μη μετρημένες περιοχές . Οι υδρολόγοι και οι εγκληματολόγοι μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουν αυτούς τους χάρτες για να εντοπίσουν τα μόρια του νερού πίσω στην προέλευσή τους—ακόμα και αφού έχουν απορροφηθεί από τα κύτταρα φυτών και ζώων, για παράδειγμα, ή έχουν μετατραπεί σε απεσταγμένο αλκοόλ.

Μια πολλά υποσχόμενη εφαρμογή των ισοτοπίων περιλαμβάνει τη μελέτη των κύκλων και της κίνησης του νερού. Συγκρίνοντας ισότοπα σε δείγματα υπόγειων υδάτων με ισοτοπία βροχοπτώσεων, οι ερευνητές μπορούν να προσδιορίσουν πού και πότε επαναφορτίζονται οι υδροφορείς του κόσμου. Και σε μια μελέτη του 2014, ο Stephen Good, στο Πανεπιστήμιο του Όρεγκον και οι συνάδελφοί του χρησιμοποίησαν ισοτοπικές διαφορές μεταξύ του νερού της βρύσης και της τοπικής βροχόπτωσης για να προσδιορίσουν πού παίρνουν το νερό οι άνθρωποι στην αμερικανική Δύση. (Μπορεί να νομίζετε ότι θα γνωρίζαμε ήδη αυτές τις πληροφορίες, αλλά στην πραγματικότητα, η ομοσπονδιακή κυβέρνηση δεν έχει υπολογίσει τις μεταφορές νερού από τη Δύση από τη δεκαετία του 1980 και δεν υπάρχει ολοκληρωμένη βάση δεδομένων για τις δημοτικές πηγές νερού.)

Μετά υπάρχει το ουίσκι. Το 2012, ερευνητές στη Σκωτία ανέφεραν ότι οι αναλογίες ισοτόπων των απομιμήσεων σκωτσέζικων ουίσκι δεν ταίριαζαν με εκείνες της πραγματικής σκωτσέζικης προέλευσης, υποδηλώνοντας ότι προέρχονταν από κάπου αλλού. Οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει παρομοίως αναλογίες ισοτόπων νερού για να υπολογίσουν τη γεωγραφική προέλευση των σταφυλιών σε κρασιά εκλεκτής ποιότητας της Δυτικής Ακτής και για να βοηθήσουν στον εντοπισμό θυμάτων δολοφονίας και αρχαίων ανθρώπινων υπολειμμάτων χρησιμοποιώντας δείγματα οστών ή μαλλιών.

Τα ισοτοπία έχουν ίσως υιοθετηθεί ευρύτερα από τους οικολόγους, οι οποίοι τα χρησιμοποιούν για να παρακολουθούν τις κινήσεις των μεταναστευτικών ζώων. «Το πώς τα ζώα που μεταναστεύουν χωρίζονται σε ολόκληρο τον πλανήτη είναι ένα από τα μεγάλα μυστήρια», λέει ο Peter Marra, διευθυντής του Κέντρου Μεταναστευτικών Πτηνών Smithsonian. Ενώ οι επιστήμονες γνωρίζουν τα γενικά πρότυπα των περισσότερων μεταναστευτικών ειδών, δεν γνωρίζουν τα ακριβή μονοπάτια των ατόμων ή των ομάδων - γνώση που είναι κρίσιμη «για την κατανόηση των πάντων από την οικολογία τους, την εξέλιξή τους και την αποτελεσματική διατήρηση», λέει η Marra. Οι ιχνηλάτες GPS είναι χρήσιμοι, αλλά μπορεί να είναι ακριβοί και πολύ ογκώδεις για μικρά πουλιά και έντομα.

Οι μετρήσεις ισοτόπων προσφέρουν μια εναλλακτική λύση. Το καλοκαίρι, αποδημητικά πτηνά όπως η παρδαλή μυγοπαγίδα και η αμερικανική ερυθρόπυρα ξεφυτρώνουν και αναπτύσσουν μια νέα παρτίδα φτερών, που φέρουν την ισοτοπική υπογραφή της θέσης τους. Όταν ένα πουλί φτάνει στις περιοχές που διαχειμάζει, ερευνητές όπως ο Marra μαζεύουν ένα δείγμα. Η αναλογία ισοτόπων του νερού λέει στους επιστήμονες από ποιο γεωγραφικό πλάτος προήλθε το πουλί. (Το 2009, η Marra χρησιμοποίησε αυτήν την προσέγγιση για να προσδιορίσει ότι τα πουλιά που ρουφούσαν τις μηχανές της πτήσης 1549 της US Airways - αναγκάζοντάς την να κάνει αναγκαστική προσγείωση στον ποταμό Hudson - ήταν μεταναστευτικές χήνες από τον Καναδά, όχι τοπικές χήνες από τη Νέα Υόρκη.) /P>

Τα ισοτοπία δεν είναι τέλειοι εντοπιστές. Επειδή οι λόγοι ισοτόπων δεν ποικίλλουν πολύ από την ανατολή προς τη δύση, για παράδειγμα, σπάνια παρέχουν μια σταθερή διαμήκη συντεταγμένη. Όμως, λέει η Marra, είναι τόσο απαραίτητα για την ιατροδικαστική όσο και τα δακτυλικά αποτυπώματα στον τόπο του εγκλήματος. «Είναι πραγματικά αστυνομική δουλειά», λέει.

Η Τζούλια Ρόζεν είναι ανεξάρτητη δημοσιογράφος με έδρα το Πόρτλαντ του Όρεγκον. Βρείτε την στο Twitter @ScienceJulia.