O苏格兰威士忌的标准之一就是它是用苏格兰水制成的。这意味着一个聪明的鉴赏家应该能够通过追踪水分子的来源来判断她的饮料是否是真品。但如何?在收集和过滤了杂质之后，水就是水了，对吧?
不完全是。氢和氧元素在自然界中以不同的形式出现，称为同位素，其中子数不同。通过使用质谱技术测量水样中这些同位素的相对丰度，科学家们可以确定它的“同位素比率”。事实证明，水的同位素比例因地而异。
犹他州大学的地球化学家加布·鲍恩(Gabe Bowen)说，科学家们在20世纪50年代首次注意到这一点，当时他们开始从世界各地收集淡水样本。更重要的是，他说，研究人员意识到同位素比率“以可预测的方式变化”。较重的水同位素的比例在纬度较高、海拔较高和远离海岸的地方减少。
到20世纪90年代，美国地质调查局(U.S. Geological Survey)已经收集了近5000份来自全国各地的河水和降水的同位素测量数据。当水文学家卡罗尔·肯德尔和她的同事泰勒·科普伦分析这些数据时，他们证实了美国各地水同位素的大规模模式。然后，他们利用测量数据绘制了一幅全国各地水同位素的地图。结果,在2001年出版，是一份详细的国家等高线地图——一份显示同位素比值而不是海拔高度的地形图。
从那时起，像Bowen这样的研究人员利用有关大气环流、降雨模式和其他物理过程的知识，为从单个分水岭到整个星球的不同元素和不同地理区域创建了计算机生成的等高线图，对未测量区域做出了最佳估计。水文学家和法医学家可以利用这些地图追踪水分子的来源，即使它们已经被植物和动物细胞吸收，或者变成了蒸馏酒精。
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等值线的一个有前途的应用涉及水循环和运动的研究。通过比较地下水样本中的同位素和降水等地形图，研究人员可以确定世界含水层何时何地得到补给。在2014年的一项研究中，俄勒冈州立大学(Oregon State University)的斯蒂芬·古德(Stephen Good)和他的同事利用自来水和当地降水之间的同位素差异来确定美国西部的人们从哪里获得水。(你可能认为我们已经知道了这些信息，但事实上，联邦政府自20世纪80年代以来就没有统计过西部水资源的调拨情况，也没有城市水资源的全面数据库。)
然后是威士忌。2012年，苏格兰的研究人员报告称，仿制苏格兰威士忌的同位素比例与真正的苏格兰威士忌不匹配，这表明它们来自其他地方。同样，科学家们也利用水同位素比率来确定西海岸葡萄酒中葡萄的地理来源，并利用骨头或头发样本来帮助鉴定谋杀受害者和古代人类遗骸。
等距图可能最被生态学家所接受，他们用等距图来追踪迁徙动物的运动。史密森尼候鸟中心主任彼得·马拉说:“动物是如何在地球上迁徙而分离的，这是一个巨大的谜团。”虽然科学家们知道大多数迁徙物种的一般模式，但他们不知道个体或群体的精确路径——这种知识对于“理解从它们的生态、进化到有效保护的一切”至关重要，马拉说。GPS追踪器很有用，但对于小型鸟类和昆虫来说，它们既昂贵又笨重。
同位素测量提供了另一种选择。在夏天，像斑蝶鹟和美国红尾鸲这样的候鸟会蜕皮，长出一批新的羽毛，这些羽毛带有它们所在位置的同位素特征。当一只鸟到达它的越冬地时，像马拉这样的研究人员就会采集样本。它的水同位素比例告诉科学家这只鸟来自哪个纬度。(2009年，马拉用这种方法确定了被吸入美国航空1549号航班引擎的鸟——迫使飞机紧急迫降在哈德逊河——是来自加拿大的候鸟，而不是来自纽约的本地鹅。)
等值线不是完美的定位器。例如，由于同位素比率从东到西变化不大，它们很少提供一个坚实的纵向坐标。但是，马拉说，它们对法医科学来说就像犯罪现场的指纹一样重要。“这是真正的侦探工作，”他说。
朱莉娅·罗森是俄勒冈州波特兰市的一名自由撰稿人。在推特上找到她@ScienceJulia．
本文最初发表在我们的博客上，事实如此浪漫2016年1月。
