Stabile Wasserisotope

Die stabilen Wasserisotope Deuterium und Sauerstoff-18 stellen einen natürlichen Tracer im Wasserkreislauf dar, mit dem sich die Herkunft von Wasserkomponenten bestimmen und klimatische Veränderungen verfolgen lassen.

Die stabilen Isotope Deuterium (2H) und Sauerstoff-18 (18O) erlauben, durch die nach Region, Höhenlage und Jahreszeit unterschiedliche Isotopensignatur des Niederschlags die mittlere Höhe von Flusseinzugsgebieten abzuschätzen und einzelne Wasserkomponenten im Grundwasser (Flusswasser- bzw. Niederschlagsinfiltrat) zu unterscheiden. Deuterium und Sauerstoff-18 werden zudem weltweit vermehrt verwendet, um klimatisch bedingte Veränderungen im Wasserkreislauf zu erfassen. So führt das Nationale Klima-Beobachtungssystem GCOS Schweiz Deuterium und Sauerstoff-18 seit 2007 als offizielle Klimaparameter. Die Internationale Atomenergiebehörde IAEA koordiniert weltweit die Isotopenmessungen und betreibt hierfür das Global Network of Isotopes in Precipitation GNIP und das Global Network of Isotopes in Rivers GNIR.

Stabiles Referenzmessnetz

Im Rahmen der Nationalen Grundwasserbeobachtung NAQUA, Modul ISOT, werden seit 1980 Isotopen-Referenzdaten im Niederschlag (13 Messstellen) und an Fliessgewässern (9 Messstellen) für angewandt-hydrologische Studien erhoben. Im Rahmen einer Pilotstudie wurden von 2006 bis 2013 die 50 Grundwasser-Messstellen des NAQUA-Moduls TREND auf Deuterium und Sauerstoff-18 analysiert, um die Dynamik der Grundwasserneubildung und die Oberflächenwasser-/Grundwasser-Wechselwirkung zu charakterisieren.

Isotope_2H&18O_Karte_2015 — Deuterium und Sauerstoff-18 in Niederschlag, Fliessgewässern und Grundwasser (2013) sowie Naturraum bzw. Grundwasserregime in Talsohlen. Mittelwert pro NAQUA-Messstelle. Niederschlags- und Fliessgewässer-Messstellen des Moduls ISOT, Grundwasser-Messstellen des Moduls TREND.

Zeitliche Entwicklung variabel

Regelmässige jahreszeitliche Schwankungen prägen den Jahresgang der Isotopenwerte im Niederschlag. Diese werden durch längerfristige Entwicklungen globaler klimatischer Veränderungen überlagert. Entsprechend dem allgemeinen Temperaturtrend stiegen die Deuterium- und Sauerstoff-18-Werte im Niederschlag ab Beginn der 1980er Jahre bis Anfang dieses Jahrhunderts an allen Niederschlagsmessstellen an. Zwischen 2005 und 2015 waren vorübergehend eher stagnierende bis sinkende Deuterium- und Sauerstoff-18-Werte im Niederschlag zu verzeichnen; seitdem stiegen sie erneut an. An den meisten Grundwasser-Messstellen, die 2006 bis 2013 im Rahmen der Pilotstudie «Isotope im Grundwasser» untersucht wurden, waren die Deuterium- und Sauerstoff-18-Werte zwischen 2008 und 2010 am höchsten.

Entwicklung 18O Niederschlag 1981-2020 — Entwicklung der Sauerstoff-18-Werte im Niederschlag an ausgewählten Messstellen (1980 bis 2022). Mittelwert pro NAQUA-Messstelle und Jahr.

Interpolierte Rasterdaten (Isoscapes)

Mithilfe von räumlich interpolierten Daten der Verteilung von Sauerstoff-18 und Deuterium im Niederschlag wurden für ausgewählte Jahre flächenhafte Karten erstellt. Die Methode der Mehrfachregression mit Topographie und monatlicher Niederschlagsmenge und nachgeschalteter Interpolation der Residuen mit «Ordinary Kriging» wurde als am besten geeignet angesehen. Das Modell wurde anhand der Daten für den Zeitraum 2007 bis 2020 entwickelt. Für die Entwicklung des Modells wurden die Daten von 2007 bis 2020 verwendet. Monatliche Rasterdaten mit einer Auflösung von 500 m wurden für die Jahre 2013 und 2020 erstellt.

Grundlagendokument Wasserisotope (PDF, 228 kB, 30.10.2023)