Se revela agua antigua debajo del desierto

Obtener datos confiables de precipitación del pasado ha resultado difícil, al igual que predecir cambios regionales para los modelos climáticos en el presente. Una combinación de técnicas de isótopos desarrolladas por investigadores de Argonne y UChicago puede ayudar a resolver ambos.

Krypton revela agua antigua debajo del desierto israelí

El desierto de Negev, que cubre la mitad de la masa terrestre de Israel, es tan seco que partes de él obtienen menos de tres pulgadas de agua al año. Tan seco, el término climatológica es “ hiperárido.” Pero como la mayoría de lugares de la Tierra, la región ha evolucionado a su estado actual después de eones de cambios en el clima y la geología.

Hoy, a pesar de su exterior reseco, todavía hay agua debajo del Negev. Comprender de dónde vino, cuánto hay allí y qué le sucede es fundamental para la seguridad y la asignación de ese recurso crucial.

Investigadores de la Universidad Ben-Gurion del Negev en Israel están colaborando con colegas del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de los EE.UU. Y la Universidad de Chicago para comprender mejor el sistema del acuífero de arenisca de Nubia, que se encuentra debajo de una gran parte del Negev y otras partes de Israel

Mediante la combinación de la técnica radiokrypton citas pionero de Argonne con otras huellas isotópicas de la composición del agua, los investigadores no sólo son capaces de decir cuando se deposita que el agua, pero de donde vino y las condiciones climáticas que lo produjeron casi 400 , 000 años atrás. El resultado marca la primera vez que los científicos han podido usar el agua subterránea para construir una imagen de antiguos climas hidroeléctricos que datan de esa época.

Un artículo que describe la investigación, “ Radiokrypton desvela fuentes de humedad dual de un acuífero desierto profundo”, fue publicado en julio  29 , en  Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS )  en línea.

Atrapar átomos para obtener pistas

" Los acuíferos debajo del Negev no se reponen hoy, por lo que aparentemente hubo muchas más lluvias en la región que se acumularon bajo tierra", dice Peter Mueller, físico principal del Centro de Análisis de Radioisótopos Trace de Argonne   ( TRACER ).

Para determinar cuándo y cómo podría haber ocurrido eso, el equipo recolectó agua de más de  20  pozos en el área, luego separó el gas criptón y lo analizó utilizando una tecnología llamada Análisis de seguimiento de trampas atómicas ( ATTA ), una técnica desarrollada por primera vez en Argonne para apoyar las mediciones de física nuclear.

ATTA  mide agua para huellas de la rara criptón (Kr) isótopo  81 Kr, que puede salir con agua dentro de un rango de aproximadamente  40 , 000  a  1 . 5  millones de años Esto lo aumenta mucho más allá del rango de datación por radiocarbono, que no puede alcanzar con precisión más allá de unos  40 , 000  años.

La  ATTA  análisis sugirió que el agua en los pozos acumulados por medio de dos grandes “ eventos de recarga” que se produjeron menos de  40 , 000  y cerca de  360 , 000  hace años. Ambos períodos coincidieron con climas generalmente más fríos. Estos “ períodos húmedos regionales” estaban maduras para el desarrollo de tormentas que podrían proporcionar suficientes lluvias para reponer los acuíferos Negev.

Mientras que el  81 Kr generalmente proporciona una ventana excelente en el marco de tiempo, los datos de distribución fueron inesperadamente complejos y desconcertantes. Pero mostró covariación interesante con deuterio, un isótopo del hidrógeno más pesado que el que se encuentra en “ agua regular”.

" Estábamos buscando el delta deuterio, que es una medida de la diferencia en la proporción de hidrógeno pesado a hidrógeno regular", dice Jake Zappala, designado postdoctoral en el   Centro TRACER . “ Ese número va a variar para los diferentes cuerpos de agua dependiendo de donde proviene el agua y cuáles fueron las condiciones climáticas, lo cual es importante.”

Debido a que el deuterio tiene una masa más pesada que el hidrógeno, se comporta de manera diferente, evaporándose y condensándose a diferentes temperaturas. Por ejemplo, cuando la evaporación ocurre rápidamente, como en el Mar Mediterráneo, exhibe una firma peculiar en comparación con las tendencias globales de precipitación. Aunque es muy raro en relación con el hidrógeno, solo una de cada diez mil moléculas de agua contiene un átomo de deuterio en lugar de hidrógeno, se puede medir con mucha precisión.

Por lo tanto los científicos pueden “ huella digital” tales cuerpos de agua en base a la firma particular de sus isótopos estables. Cada patrón climático coloca su propia impronta en esa firma, según los investigadores.

" Este proyecto nos muestra que estas herramientas podrían ser realmente transformadoras, rastreando el movimiento del agua mucho más de lo que hemos podido hacer anteriormente", dijo Reika Yokochi, profesora asociada de investigación en el Departamento de Ciencias Geofísicas de la Universidad de Chicago, y el primer autor. del nuevo estudio.

Yokochi, que ha estado colaborando con el   equipo ATTA desde  2012 , ha sido clave en el desarrollo de algunas de las técnicas de extracción que el equipo usa actualmente. Se le ocurrió la idea de combinar los dos conjuntos de datos para encontrar una correlación entre los  81 Kr y los datos de deuterio.

Adivinando agua antigua

A partir de la covarianza y la distribución espacial de los datos, el equipo determinó que el agua de los dos eventos de recarga provenía de dos fuentes distintas. Acerca de  400 , 000  años atrás, la región era más frío que el actual, y se cree que la humedad se han entregado desde el Océano Atlántico en forma de plumas tropicales. La recarga más reciente, menos de  40 , 000  años atrás, puede haber sido el resultado de ciclones mediterráneos durante el evento glacial más reciente e importante, o último máximo glacial.

"Hasta donde sabemos, esta fue la primera vez que el agua subterránea podría usarse directamente como un archivo climático en estas largas escalas de tiempo", dice Zappala. “El uso de la datación radiokrypton, somos capaces de decir cuando llovió, y la pesada a la luz la relación agua nos dice directamente algo sobre el patrón de tiempo. Así que tenemos una correlación directa entre el tiempo y los patrones climáticos regionales".

Otro punto interesante es que el agua provenía de cerca de una zona de fallas sísmicas, señala Yokochi, lo que sugiere que las fallas pueden servir como una “ pared” que conserva agua relativamente dulce sobre cientos de miles de años.

"Es posible que existan depósitos de agua similares a lo largo de otras zonas de falla en todo el mundo", dice ella.

Hasta la fecha, obtener datos confiables de precipitación del pasado ha resultado difícil, al igual que predecir cambios regionales para los modelos climáticos en el presente. La combinación de herramientas isotópicas utilizadas por el equipo puede ser parte de la respuesta para resolver ambas.

A medida que las herramientas continúan ofreciendo una imagen más confiable de los eventos climáticos pasados, como los ciclos regionales del agua del Negev, los investigadores creen que estos datos pueden servir para calibrar los modelos actuales de fenómenos climáticos similares.

"¿Su modelo climático predice el patrón de precipitación correcto hace  400 , 000  años?", Pregunta Mueller. “ El uso de nuestros datos, modeladores pueden calcular en el tiempo para ver si su modelo es el adecuado. Esa es una de las cosas clave que podemos proporcionar".

Los fondos para este proyecto son provistos por la Iniciativa Colaborativa de Investigación del Agua de la Universidad Ben-Gurion-Laboratorio Nacional Argonne-Universidad de Chicago, la Fundación Binacional de Ciencia Estados Unidos-Israel, la Autoridad del Agua de Israel, el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Israel y la Fundación Pratt.