原则上，水储备附近的任何工业活动都可能造成污染。同位素水文学提供了一种独特的方法组合，用于监测水质并追踪污染源（如果有的话）。越来越多的国家正在利用这项技术，通过一种称为水力压裂的技术来保护用于石油延伸的场地附近的地表水和地下水。
水力压裂或水力压裂已经开辟了以前难以接近的石油和天然气资源用于生产。它约占美国石油总产量的一半，许多发展中国家正在考虑首次使用它。
压裂是一种良好的刺激技术，其中岩石通过在高压下注入流体而破裂。这种液体由水，沙子和其他化学添加剂组成。通过井注入，压裂会在深部岩层中产生裂缝，天然气和石油可以通过这些裂缝更自由地流动。该方法允许获取被困在紧密地层中的石油和天然气，并且使用传统的钻井和泵方法无法进入。
在压裂过程中，地表水可能会因溢出而被污染，或者从废弃坑中意外释放，在提取后回收压裂液;如果流体通过例如废弃或泄漏的井逃逸，地下水就会受到污染;如果天然气泄漏到浅层含水层，也可能污染饮用水。
美国亚利桑那大学水文与大气科学教授Jennifer McIntosh说，在许多怀疑污染的情况下，由于缺乏基线数据，难以确定污染的来源和程度。 “科学界有机会就评估逸散性气体泄漏和压裂液或地下水污染的最佳分析方法提供指导，”她说。
同位素水文学如何帮助
McIntosh最近的一篇论文和来自世界顶尖大学的14位其他作者解释了各种同位素水文学技术如何用于监测水力压裂对地面和地表水的影响。它还就在各种情况和环境条件下使用哪种方法提出了建议。该论文的最初想法是在2018年12月出版的“环境科学与技术”期刊上发表的题为“对含水层中出现的水力压裂气体和相关污染物的最新技术和新方法的批判性审查”的论文。两年前的国际原子能机构技术会议
最近的分析发展使用碳氢化合物中的天然同位素示踪剂，天然气的高分辨率数据集和从地表到目标储层的相关流体，以及将惰性气体地球化学和微生物学纳入更传统的水文地质和地球化学方法，为识别提供了强大的分析工具污染流体的来源。
天然存在的放射性物质或盐等物质可以天然存在于地下水中，但它们的存在也可能是污染的结果。同位素水文学可用于区分这些来源。源的同位素组成取决于其来源：测量微量元素浓度，水和溶解组分的稳定同位素，以及碘，氡和锶的放射性同位素可以提供水及其溶解组分的来源数据。除了离子的传统化学分析之外，这可以揭示水的来源以及它所含的物质是否是压裂，其他人类活动或天然存在于环境中的结果。
理想情况下，在压裂开始之前，应对该地区的地表水和地表水进行背景同位素调查，以建立该地区水域的钻前特征。 McIntosh解释说，然后可以根据这一基线进行同位素测试，以确认由于水力压裂活动造成的污染。
利用甲烷气体（CH4）的“聚集同位素”，一种新兴的复杂同位素方法，使科学家能够探测甲烷气体中氢同位素相对于其单个碳原子的分子位置，从而为气体储存库中的可疑流动提供新的诊断见解气体可能来自或区分甲烷是来自深层产热源，还是由土壤细菌或上述混合物在含水层中自然产生的。 “新的地下水年龄放射性示踪剂如氪-81和氩同位素可以帮助确定与水力压裂和石油和天然气生产有关的污染物可能存在于饮用水含水层中的时间，”麦金托什说。
本文的最后一部分提供了分阶段识别污染程序的指南。它提供了一个战略路线图，使监管官员能够在特定地点的案例中选择最佳的同位素水文方法。
McIntosh补充说，开发用于检测压裂中污染的一些方法具有更广泛的应用，包括二氧化碳和核废料处理的地下储存。
