Forskere bruger isotoper til at afsløre, hvordan akvifer genopfyldte 400, 000 år siden

Negev -ørkenen, som dækker halvdelen af ​​Israels landmasse, er så tør, at dele af den får mindre end tre centimeter vand om året. Men under det er vand, der opretholder befolkningen og landbruget i regionen. At forstå, hvor det kom fra, hvor meget er der, og hvad der sker med det, er afgørende for sikkerheden og fordelingen af ​​den afgørende ressource.

Forskere ved Ben-Gurion University of the Negev i Israel samarbejder med kolleger ved University of Chicago og tilknyttede Argonne National Laboratory for bedre at forstå det nubiske Sandstone Aquifer-system, som ligger under en stor del af Negev og andre dele af Israel.

Ved at kombinere Argonnes banebrydende radiokrypton -dateringsteknik med andre isotopiske signaturer af vandets sammensætning, forskerne er ikke kun i stand til at fortælle, hvornår det vand blev deponeret, men hvor det kom fra og de klimaforhold, der producerede det op til næsten 400, 000 år siden. Resultatet, detaljeret i en ny undersøgelse i Procedurer fra National Academy of Sciences , markerer første gang, at forskere har været i stand til at bruge grundvand til at bygge et billede af vandet i gamle klimaer, der går så langt tilbage.

"Rent vand er afgørende for at opretholde livet, og vi skal være i stand til at forudsige fremtidig vandtilgængelighed, efterhånden som den globale opvarmning skrider frem - hvilket afhænger af at forstå vandfordelingen i tidligere varmere og koldere perioder, "sagde Reika Yokochi, forskningslektor i Institut for Geofysiske Videnskaber ved University of Chicago og den første forfatter til undersøgelsen. "Dette projekt viser os, at disse værktøjer virkelig kan være transformerende - spore vandbevægelser meget længere, end vi tidligere har været i stand til."

At fange atomer for spor

"Akvifererne under Negev genopfyldes ikke i dag, så tilsyneladende var der tidspunkter, hvor der var meget mere regn i regionen, der samlede sig under jorden, "sagde Peter Mueller, en fysiker med Argonnes Trapped Radioisotope Analysis Center, eller TRACER.

For at afgøre, hvornår og hvordan det kan være sket, holdet opsamlede vand fra mere end 20 brønde i området, fra 900 til 4, 850 fod dyb. Derefter, ved hjælp af en enhed opfundet i Yokochis laboratorium, de adskilte kryptongassen og analyserede den ved hjælp af en teknologi kaldet Atom Trap Trace Analysis (ATTA).

ATTA måler vand til spor af den sjældne isotop krypton-81, som kan datere vand op til 1,5 millioner år gammelt. Dette øger det langt ud over rækkevidden af ​​radiocarbon dating, som ikke kan nå præcist ud over omkring 40, 000 år.

ATTA -analysen antydede, at vandet i brøndene ophobede sig ved hjælp af to store "genopladnings" hændelser - en omkring 360, 000 år siden og en, der forekom mindre end 40, 000 år siden. Begge perioder faldt sammen med generelt køligere klimaer. Disse "regionale fugtige perioder" var modne til udviklingen af ​​storme, der kunne give nedbør tilstrækkelig til at genopbygge Negev -vandførerne.

Holdet parrede krypton-81-analysen med deuterium, en isotop af brint, der er tungere end den, der findes i "almindeligt" vand. Fordi deuterium har en meget anden masse end brint, den opfører sig anderledes under fordampning af vand, som til sidst bliver til skyer og regn. Når fordampningen sker hurtigt, som over Middelhavet, det viser en ejendommelig signatur i forhold til globale nedbørstendenser.

Således kan forskere "fingeraftryk" en vandmasse baseret på den særlige signatur af dens stabile isotoper. Hvert klimamønster sætter sit eget præg i den signatur, sagde forskerne. Dette hjalp dem med at finde ud af, at den komplekse signatur var et resultat af blanding af to forskellige vandområder - samt hvornår og hvor de blev genopfyldt, og hvor vandet stammer fra.

Spredning af gammelt vand

Gennem denne proces, holdet fastslog, at vand fra de to genopladningsbegivenheder kom fra to forskellige kilder. Omkring 400, For 000 år siden var regionen køligere end den nuværende, og fugt menes at have været leveret fra Atlanterhavet i form af tropiske fjer. Den nyere genopladning, mindre end 40, For 000 år siden, kan have været resultatet af middelhavscykloner i sidste gang gletsjere var på sit højeste, kaldet Last Glacial Maximum.

"Så vidt vi ved, dette var første gang, at grundvand direkte kunne bruges som et klimaarkiv på disse lange tidsskalaer, "sagde Argonnes Jake Zappala, postdoktor ved TRACER Center. "Brug af radiokrypton -dating, vi kan sige, når det regner, og forholdet tung-til-let vand fortæller os direkte noget om vejrmønsteret. Så vi har en direkte sammenhæng mellem tid og regionale vejrmønstre. "

Et andet interessant punkt er, at vandet kom fra nær en jordskælvsfejlzone, Sagde Yokochi. "Dette kan tyde på, at fejl kan fungere som en 'mur', der bevarer relativt ferskvand over hundredtusinder af år, "sagde hun." Det er muligt, at lignende lagre kan eksistere langs andre fejlzoner over hele verden. "

Til dato, at få pålidelige nedbørsdata fra fortiden har vist sig vanskeligt, som det forudsiger regionale ændringer for klimamodeller i nuet. Kombinationen af ​​isotopværktøjer, der bruges af teamet, kan være en del af svaret på at løse begge.

Da værktøjerne fortsat leverer et mere pålideligt billede af tidligere klimahændelser, ligesom de regionale vandcyklusser i Negev, forskerne mener, at disse data kan tjene til at kalibrere nutidens modeller af lignende klimafænomener.

"Forudsiger din klimamodel det rigtige nedbørsmønster 400, 000 år siden? "Spurgte Mueller." Ved hjælp af vores data, modeller kan beregne tilbage i tiden for at se, om deres model er rigtig. Det er en af ​​de vigtigste ting, vi kan levere. "