地球規模の天水線

全球天水線（GMWL）は、天然の天水における水素と酸素の同位体（酸素18 [ ¹⁸ O] と重水素[ ² H]）の比率の全球年間平均関係を表します。GMWLは1961年にハーモン・クレイグによって初めて開発され、その後、環境地球化学や水文地質学における水塊の追跡に広く使用されてきました。

^{地球化学者ハーモン・クレイグは、天水中の18O}と^2Hの年間平均同位体組成を研究していたとき、これら2つの同位体の間に相関関係があることに気づき、その後、GMWLの式を開発して定義しました。^[2]

${\displaystyle \delta {\ce {D}}=8.0\cdot \delta ^{18}{\ce {O}}+10\ {}^{0\!}\!/\!_{00}}$

ここで、δ ¹⁸ Oと δ ² H (別名 δD) は、重い同位体と軽い同位体の比です (例: ¹⁸ O/ ¹⁶ O、² H/ ¹ H)。

天水中のδ ¹⁸ O と δ ² Hの関係は、海洋の海水からの蒸発と蒸気からの凝縮の間の酸素と水素の同位体の質量依存的な分別によって引き起こされます。 ^[3]酸素同位体 ( ^18、16 O) と水素同位体 ( ^2、1 H) は質量が異なるため、蒸発と凝縮のプロセスで異なる動作をし、その結果、¹⁸ O と¹⁶ O の間、および² H と^{1 H の間に分別が起こります。平衡分別により、 δ 18} O と δ ² Hの同位体比は、地域内の場所によって異なります。分別プロセスは、温度、緯度、大陸性、そして最も重要な湿度など、多くの要因の影響を受ける可能性があります。^{[3] [4]}

クレイグは、北極と南極の海氷からの冷たい降水の^δ18Oとδ2H^{同位体組成が、熱帯からの暖かい降水のそれよりもはるかに負で}あることに気付きました。 ^{[2]温度（T）と}δ18Oの相関関係は、1970年代に^[6]提案されました。このような相関関係は、時間の経過に伴う表面温度の変化を研究するために適用されています。 ^[7]氷床コアに保存されている古代の降水のδ18Oも収集され、古^気候の再構築に適用できます。^{[8] [9]}

特定の地域について計算される降水線は、局所降水線 (LMWL) と呼ばれ、その地域内の基準線として使用されます。局所降水線は、傾きと切片が全球降水線と異なる場合があります。このような傾きと切片のずれは、主に湿度によるものです。1964 年に、重水素過剰 d (d = δ ² H - 8δ ¹⁸ O) ^[3]の概念が提案されました。その後、湿度の関数としての重水素過剰のパラメーターが確立され、局所降水中の同位体組成を局所相対湿度の追跡に適用し、^[10]局所気候を研究し、気候変動のトレーサーとして使用することができます。^[6]

水文地質学では、地下水の^δ18Oとδ2H^は、地下水の起源^[11]と地下水涵養^[12]を研究するためによく使用されます。

機器誤差に関連する標準偏差と量加重降水量の自然変動を考慮しても、EIV（変数回帰誤差）^[13]法で計算されたLMWLは、古典的なOLSR（最小二乗回帰）または他の回帰法と比較して傾きに違いがないことが示されています。^[14]ただし、地熱水線からのシフトの評価などの特定の目的では、LMWLに関連するいわゆる「予測区間」または「誤差翼」を計算する方が適切です。^[13]

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