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Messung der stabilen Isotope von 18O und 2H zum Nachweis des Wasserursprungs - hier speziell im Rahmen der Leckortung

Wasser ist nicht gleich Wasser. Je nach dem, was es hinter sich hat, verändert sich seine Zusammensetzung. Wasser, das Jahrtausende im Boden war, hat eine andere Zusammensetzung als normales Niederschlagswasser aus Regen/Nebel oder Gewittern. Das gilt nicht nur für die chemischen Begleitstoffe, sondern auch für die chemischen Elemente selbst -  die Isotopen.
 

Was ist 18O und 2H?

Ein normales Wasserstoff-Atom (H) besteht nur einem Proton und einem Elektron. Durch radioaktive Zerfälle, wie sie überall in der Natur (in bescheidenen Grenzen und lokal unterschiedlich) vorkommen, kann es jedoch passieren, dass sich ein Wasserstoffatom ein Neutron aus einem solchen Zerfall einfängt. Dann wiegt es plötzlich doppelt so viel, ist aber chemisch immer noch Wasserstoff. Dieses Isotop des Wasserstoffs wird Deuterium genannt und hat einen Anteil von etwa 0,015%. Fängt es sich noch ein Neutron ein, so dass das Atom nun aus einem Proton, zwei Neutronen und einem Elektron besteht, so nennt man dieses Isotop Tritium. (Dieses Isotop ist nur noch in Spuren zu finden.) Ganz ähnlich verhält es sich mit dem Sauerstoff. Dieser besteht normalerweise aus 8 Protonen, 8 Neutronen und 8 Elektronen und hat somit die Massezahl 16. Fängt es sich noch von irgendwoher zwei Neutronen ein, hat es die Massenzahl 18.
Isotopenveränderungen ergeben sich z.B. durch intensive Höhenbestrahlung und besonders durch Gewitter. (Kleiner Tipp für Krimi-Autoren: man kann teilweise noch nach Jahren feststellen, ob eine Jacke während eines Gewitters oder eines normalen Regens getragen wurde. Vorausgesetzt, sie wurde seitdem wenig getragen und nicht gewaschen.) Normales Regenwasser und Kondensat (z.B. aus Klimaanlagen) zeigen typischerweise keine nachweisbaren Unterschiede. In Ingolstadt ist das oberflächennahe Grundwasser kaum vom Regenwasser zu unterscheiden. Aber sehr gut vom Leitungswasser, das aus ca. 80 Meter Tiefe gewonnen wird.
 

Was wird gemessen?

Mit der Messung der natürlichen Isotope 18O und 2H ergibt sich für jedes Wasser ein ganz charakteristischer "Fingerabdruck". Dabei geht es um die Massenverteilung zwischen diesen Isotopen. Wie viel 16O und wie viel 18O ist enthalten? Wie sieht das Verhältnis von 2H zu H aus und wie das zwischen 18O und 2 H?
NICHT gemessen wird die chemische Zusammensetzung! Deshalb kann das Wasser durchaus sehr "dreckig" sein. So lange diese Verunreinigungen nicht besonders radioaktiv sind (eine Probennahme wäre dann an sich schon ein gefährliches Unterfangen), spielen sie für diese Messung also keine Rolle.

Was ist bei der Probennahme zu beachten?

Verdunstung bringt jede Probe "aus dem Tritt". Der Grund: Die schweren Isotope verdunsten viel schlechter als die leichten und es findet eine undefinierte Anreicherung der schweren Isotope statt.
Wasser aus einer Leitung zu zapfen oder aus einem Brunnen zu schöpfen und luftdicht zu verschließen, ist einfach. Schwieriger wird es jedoch, wenn Wasser aus einer feuchten Wand "gezapft" werden soll um festzustellen, woher denn dieses Wasser nun kommt. Diese Frage kann man nicht pauschal beantworten. Darüber muss vor Ort entschieden werden, was üblicherweise im Rahmen einer nicht ganz eindeutigen Leckortung erfolgt.

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