El desierto de Negev, que cubre la mitad de la masa terrestre de Israel, está tan seco que algunas partes reciben menos de tres pulgadas de agua al año. Pero debajo está el agua que sustenta a la gente y la agricultura de la región. Entendiendo de donde vino, cuánto hay ahí, y lo que le está sucediendo 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 de la Universidad de Chicago y el Laboratorio Nacional Argonne afiliado 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.

Al combinar la técnica pionera de datación por radiocriptón de Argonne con otras firmas isotópicas de la composición del agua, los investigadores no solo pueden saber cuándo se depositó el agua, pero de dónde vino y las condiciones climáticas que lo produjeron hasta casi 400, Hace 000 años. El resultado, detallado en un nuevo estudio en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , marca la primera vez que los científicos han podido utilizar el agua subterránea para construir una imagen del agua de climas antiguos que datan de tan lejos.

"El agua limpia es vital para mantener la vida, y debemos ser capaces de predecir la disponibilidad de agua en el futuro a medida que avanza el calentamiento global, lo que depende de comprender la distribución del agua durante los períodos pasados ​​más cálidos y más fríos. "dijo Reika Yokochi, profesor asociado de investigación en el Departamento de Ciencias Geofísicas de la Universidad de Chicago y primer autor del estudio. "Este proyecto nos muestra que estas herramientas podrían ser realmente transformadoras, rastreando el movimiento del agua mucho más lejos de lo que hemos podido".

Atrapando átomos en busca de pistas

"Los acuíferos debajo del Negev no se reponen hoy, así que aparentemente hubo momentos en que hubo mucha más lluvia en la región que se acumuló bajo tierra, "dijo Peter Mueller, un físico del Centro de análisis de radioisótopos atrapados de Argonne, o TRACER.

Para determinar cuándo y cómo pudo haber ocurrido, el equipo recolectó agua de más de 20 pozos en el área, que van de 900 a 4, 850 pies de profundidad. Luego, usando un dispositivo inventado en el laboratorio de Yokochi, separaron el gas kriptón y lo analizaron utilizando una tecnología llamada Atom Trap Trace Analysis (ATTA).

ATTA mide el agua en busca de trazas del raro isótopo kriptón-81, que puede datar agua de hasta 1,5 millones de años. Esto lo impulsa mucho más allá del rango de datación por radiocarbono, que no puede llegar con precisión más allá de unos 40, 000 años.

El análisis de ATTA sugirió que el agua en los pozos se acumuló por medio de dos eventos importantes de "recarga", uno alrededor de 360, 000 años y uno que ocurrió hace menos de 40, Hace 000 años. Ambos períodos coincidieron con climas generalmente más fríos. Estos "períodos húmedos regionales" estaban propicios para el desarrollo de tormentas que podrían proporcionar lluvias adecuadas para reponer los acuíferos del Negev.

El equipo combinó el análisis de kriptón-81 con deuterio, un isótopo de hidrógeno más pesado que el que se encuentra en el agua "normal". Debido a que el deuterio tiene una masa muy diferente a la del hidrógeno, se comporta de manera diferente durante la evaporación del agua, que eventualmente se convierte en nubes y lluvia. Cuando la evaporación ocurre rápidamente, como sobre el mar Mediterráneo, muestra una firma peculiar en comparación con las tendencias globales de precipitación.

Así, los científicos pueden "tomar huellas digitales" de una masa de agua basándose en la firma particular de sus isótopos estables. Cada patrón climático coloca su propia huella en esa firma, dijeron los investigadores. Esto les ayudó a darse cuenta de que la firma compleja era el resultado de mezclar dos cuerpos de agua diferentes, así como cuándo y dónde se reponían. y donde se originó el agua.

Adivinando agua ancestral

A través de este proceso, el equipo determinó que el agua de los dos eventos de recarga provenía de dos fuentes distintas. Alrededor de 400, Hace 000 años la región era más fría que el presente, y se cree que la humedad procede del Océano Atlántico en forma de penachos tropicales. La recarga más reciente, menos de 40, 000 años atrás, puede haber sido el resultado de los ciclones mediterráneos durante la última vez que los glaciares estuvieron en su punto más alto, llamado el Último Máximo Glacial.

"Hasta donde sabemos, esta fue la primera vez que las aguas subterráneas se pudieron utilizar directamente como un archivo climático en estas escalas de tiempo tan largas, "dijo Jake Zappala de Argonne, designado postdoctoral en el Centro TRACER. "Usando la datación por radiokrypton, podemos decir cuando llovió, y la proporción de agua pesada a ligera nos dice directamente algo sobre el patrón meteorológico. 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 falla sísmica, Dijo Yokochi. "Esto puede sugerir que las fallas pueden servir como un 'muro' que conserva agua relativamente dulce durante cientos de miles de años, ", dijo." Es posible que existan repositorios similares a lo largo de otras zonas de fallas en todo el mundo ".

Hasta la fecha, obtener datos fiables sobre las precipitaciones del pasado ha resultado difícil, al igual que la predicción de 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 ambos.

A medida que las herramientas continúan brindando 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 400, ¿Hace 000 años? ", Preguntó Mueller." Utilizando nuestros datos, los modeladores pueden calcular hacia atrás en el tiempo para ver si su modelo es correcto. Esa es una de las cosas clave que podemos ofrecer ".