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Des scientifiques utilisent la physique nucléaire pour sonder l'aquifère de Floride menacé par le changement climatique :


Alors que l’élévation du niveau de la mer menace les zones côtières, les scientifiques utilisent une nouvelle technique de datation nucléaire pour suivre les flux d’eau.

La Floride est connue pour son eau. Entre ses plages, ses marécages, ses tempêtes et son humidité, l’état est trempé. Et sous toute sa surface se trouve le furthermore grand aquifère d’eau douce du pays.

L’aquifère de Floride produit 1,2 billion de gallons d’eau chaque année, soit près de 2 millions de piscines olympiques. Il sert de principale supply d’eau potable à additionally de 10 tens of millions de personnes et soutient l’irrigation de as well as de 2 thousands and thousands d’acres. Il alimente également des milliers de lacs, de resources et de zones humides, ainsi que les environnements qu’ils entretiennent.



Mais alors que les glaciers fondent en raison du réchauffement climatique, la montée du niveau de la mer menace cette resource d’eau – et d’autres aquifères côtiers – avec l’intrusion d’eau salée. Il est additionally important que jamais d’étudier l’histoire et le comportement de l’eau dans ces aquifères, et les systèmes hydrauliques dynamiques de la Floride en font un banc d’essai de premier ordre.

Dans une étude menée par l’Université de Chicago, des scientifiques ont appliqué une method de datation développée par des physiciens nucléaires du laboratoire nationwide d’Argonne du département américain de l’Énergie (DOE) qui utilise une edition radioactive de l’élément krypton pour étudier l’origine et le débit d’eau douce et d’eau salée. dans l’aquifère de Floride. Leurs résultats démontrent la promesse de cette nouvelle method pour aider à comprendre et à prévoir les effets du changement climatique sur les aquifères côtiers, à éclairer la gestion des ressources en eau et à révéler un aperçu d’autres processus géologiques.



Compter le krypton

Pour étudier l’écoulement de l’eau dans la nappe, les scientifiques ont utilisé le Centre TRACER d’Argonne pour réaliser une datation au radiokrypton. Cette approach fonctionne selon les mêmes principes que la datation au carbone, où l’âge de quelque chose est déterminé en fonction de la quantité d’un selected élément restant dans l’échantillon. Mais au lieu de carbone, il utilise l’isotope radioactif krypton-81.

Une petite quantité de krypton-81 est naturellement produite dans l’atmosphère et peut se dissoudre dans les gouttelettes d’eau des nuages ​​et des programs d’eau. Une fois que l’eau passe sous terre, elle cesse d’absorber le krypton-81 de l’atmosphère et ce qui reste se transforme lentement en d’autres éléments au fil du temps.

Si les scientifiques peuvent déterminer le rapport entre le krypton-81 dans l’eau et dans l’atmosphère, ils peuvent calculer combien de temps il est resté sous terre.

“C’est extrêmement difficile”, a déclaré Peter Mueller, un scientifique de la division de physique d’Argonne. “Puisque le krypton-81 est si rare, vous avez besoin d’outils de mesure très sensibles pour détecter la petite quantité dans un échantillon.”

Seul un atome sur un million dans l’atmosphère est du krypton. De moreover, un seul atome de krypton sur mille milliards est spécifiquement du krypton-81. Cela laisse si peu d’atomes à détecter dans un échantillon que les scientifiques les comptent un par un en utilisant une approach appelée Atom Lure Trace Analysis développée à Argonne.

L’équipe a prélevé des échantillons de huit puits captant l’aquifère et extrait le gaz dissous dans l’eau, dont le krypton-81. Au centre TRACER, ils ont envoyé le gaz le prolonged d’une ligne de lumière où 6 faisceaux laser se réunissent pour créer un piège one of a kind à l’isotope d’intérêt (dans ce cas, le krypton-81). Les atomes piégés apparaissent sur une caméra et les scientifiques peuvent les compter jusqu’à l’atome individuel.

Cette étude est la première software de datation au radiokrypton sur l’aquifère de Floride.

Il y a de bonnes et de mauvaises nouvelles

Certains des échantillons contenaient de l’eau salée vieille de 40 000 ans juste avant le dernier most glaciaire il y a environ 25 000 ans, lorsqu’une grande partie de l’eau qui se trouve maintenant dans l’océan a été capturée dans d’énormes glaciers. Pendant cette période, le niveau de la mer était de moreover de 100 mètres furthermore bas qu’il ne l’est maintenant.

“En raison du réchauffement climatique, le niveau de la mer augmente, ce qui provoque la détérioration des resources d’eau douce par l’eau de mer”, a déclaré Reika Yokochi, professeure de recherche à l’Université de Chicago et scientifique principale de l’étude. “La présence de l’eau modérément ancienne signifie que l’eau salée persiste dans l’aquifère une fois qu’elle y pénètre. C’est une mauvaise nouvelle. Nous devons minimiser le taux de cette air pollution.”

Bien que les échantillons salés soient préoccupants, il y a aussi de bonnes nouvelles. Les scientifiques ont confirmé que l’eau de la partie sud de l’aquifère de Floride s’était rechargée en eau douce au cours de la dernière période glaciaire (il y a quelque temps entre 12 000 et 115 000 ans), renforçant la compréhension actuelle de la dynamique de l’eau douce.

“Nous avons également trouvé un échantillon avec de l’eau douce relativement jeune, ce qui est une bonne nouvelle pour la Floride vehicle cela signifie que l’eau coule activement et est renouvelable près du centre de la Floride”, a déclaré Yokochi.

Nouvelle method à fort potentiel

La datation au radiokrypton est une method relativement nouvelle et les scientifiques ne font que commencer. Cet outil a un potentiel incroyable pour stimuler la découverte en physique, en géologie et au-delà.

Par exemple, les scientifiques armés de datations au radiokrypton peuvent utiliser l’eau des aquifères côtiers comme messagers potentiels des changements des cycles de l’eau et de la composition de l’eau de mer ancienne. La method peut également fournir des informations sur le mouvement des éléments à travers les frontières terre-océan, ce qui a un effect sur les niveaux de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère.

“Lorsque l’eau coule à la floor ou sous terre, elle réagit avec la roche environnante et capte des signatures qui racontent une histoire”, a déclaré Yokochi. « Ces informations peuvent aider à améliorer et à valider nos modèles des systèmes terrestres et du cycle des éléments, qui sont étroitement liés au climat mondial. »

La datation au radiokrypton sert également de complément à la datation au carbone lorsqu’elle est réalisée sur les mêmes échantillons. Les scientifiques peuvent utiliser les résultats de la datation au radiokrypton pour calibrer l’analyse de la datation au carbone. Une fois corrigées, les données sur le carbone peuvent fournir des informations supplémentaires, en particulier sur les taux de réactions eau-carbonate.

“Lorsque vous disposez d’un nouvel outil comme celui-ci et que vous l’appliquez pour la première fois, même dans un aquifère qui a été beaucoup étudié, vous obtenez soudain une nouvelle point of view et un nouvel aperçu”, a déclaré Mueller. “Les données de quelques échantillons seulement sont riches en opportunités, et cette étude démontre le grand potentiel du krypton-81 dans de multiples domaines de la géochimie.”

Les résultats de l’étude ont été publiés dans le numéro de septembre de Earth and Planetary Science Letters. Le travail a été soutenu par l’Initiative de recherche collaborative sur l’eau de l’Université Ben Gourion-Laboratoire countrywide d’Argonne et de l’Université de Chicago, ainsi que par le Bureau de physique nucléaire du DOE.