L'età dell'acqua negli oceani del mondo è fondamentale per comprendere la circolazione oceanica, soprattutto per il trasporto di gas dall'atmosfera nell'oceano profondo. I ricercatori dell'Università di Heidelberg hanno recentemente utilizzato una tecnica di fisica atomica che hanno sviluppato per determinare l'età delle acque profonde dell'oceano che va da 50 a 1, 000 anni. Questo nuovo metodo di datazione, che misura i singoli atomi di argon, è stato utilizzato in uno studio pilota nel Nord Atlantico. Gli esperimenti fanno parte di un progetto interdisciplinare con gli oceanografi del GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

La circolazione degli oceani del mondo è di grande importanza per la vita negli oceani e per il sistema climatico globale. Per le previsioni climatiche future, è importante capire non solo quanto l'acqua profonda viene rifornita di ossigeno fresco, ma anche quanto velocemente e in quali quantità gli oceani assorbono dall'aria i gas serra CO2 generati dall'uomo. Per farlo è necessario conoscere l'età delle acque profonde. Quanto tempo impiega l'acqua dalla superficie per raggiungere una posizione specifica all'interno dell'oceano? Per periodi fino a circa 50 anni, ci sono più metodi di datazione. Ma per l'acqua più antica - e quindi la maggior parte dell'oceano - non esisteva un metodo di datazione ottimale fino ad ora, sottolineano i ricercatori di Heidelberg.

Per la datazione viene utilizzato il raro isotopo radioattivo 39Ar del gas nobile argon (Ar). Con un'emivita di 269 anni, è particolarmente adatto per il 50- a 1, intervallo di 000 anni. Questo periodo di tempo è fondamentale per comprendere il movimento delle acque superficiali nell'oceano profondo. Ma c'è solo un singolo atomo del ricercato isotopo 39Ar in mille miliardi (1015) di atomi di argon nell'atmosfera e nelle acque superficiali. Quanti di questi isotopi possono ancora essere rilevati in acque profonde che da tempo non hanno contatto con l'atmosfera? Fino ad ora, rispondere a questa domanda ha richiesto uno sforzo notevole e un campione enorme. I ricercatori di Heidelberg hanno ora adattato un metodo di misurazione fondamentalmente nuovo, Analisi della traccia della trappola atomica (ATTA), soprattutto per 39Ar.

Usando questo metodo, il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Dr. Markus Oberthaler presso il Kirchhoff Institute for Physics è stato in grado di ridurre la dimensione del campione necessaria per la datazione dal minimo di 1, 000 litri di acqua a cinque. "A differenza dei metodi convenzionali, non aspettiamo che l'isotopo decada spontaneamente per catturarlo; rallentiamo gli atomi usando la moderna tecnologia laser, catturarli in trappole atomiche, e contare selettivamente i singoli atomi, " spiega il dottor Sven Ebser, l'autore principale dello studio. Ogni isotopo risponde a una luce laser minimamente diversa, che i fisici usano a loro vantaggio in questo processo. Questo leggero effetto nella lunghezza d'onda è sufficiente per "manipolare" e rilevare gli atomi 39Ar desiderati mentre tutti gli altri atomi possono passare liberamente attraverso la trappola atomica inosservati.

"Il metodo 39Ar era disponibile per il nostro lavoro solo a causa della dimensione del campione notevolmente ridotta, " spiega l'oceanografo Dr. Toste Tanhua del GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research. Come ha dimostrato lo studio pilota al largo delle Isole di Capo Verde, il metodo consente ai ricercatori di identificare in modo molto più preciso quando un campione d'acqua ha avuto l'ultimo contatto con l'atmosfera. Ciò fornisce nuove informazioni sul movimento delle sostanze in tracce nell'oceano. Nell'area studiata a profondità comprese tra 1, 000 e 2, 000 metri, ad esempio, c'era molto meno mescolamento di quanto ipotizzato. I calcoli indicano che dall'atmosfera viene assorbita più CO2 di quanto si pensasse in precedenza. "Sono sicuro che un set di dati 39Ar globale porterà a scoperte completamente nuove sulla circolazione oceanica e la 'respirazione' degli oceani del mondo, " afferma il dottor Tanhua.

"Il nuovo metodo di misurazione andrà a beneficio non solo della ricerca oceanica, ma anche della ricerca sulle acque sotterranee e sul ghiaccio, " aggiunge il Prof. Dr. Werner Aeschbach dell'Istituto di Fisica Ambientale dell'Università di Heidelberg. Secondo il Prof. Oberthaler, il progetto è un eccellente esempio di come la ricerca di base in fisica atomica possa portare a scoperte in campi inizialmente totalmente estranei.