Il deserto del Negev, che copre metà del territorio israeliano, è così secco che parti di esso ricevono meno di tre pollici di acqua all'anno. Ma sotto c'è l'acqua che sostiene le persone e l'agricoltura della regione. Capire da dove viene, quanto c'è, e ciò che sta accadendo è fondamentale per la sicurezza e l'allocazione di quella risorsa cruciale.

I ricercatori dell'Università Ben-Gurion del Negev in Israele stanno collaborando con i colleghi dell'Università di Chicago e dell'Argonne National Laboratory affiliato per comprendere meglio il sistema acquifero di arenaria nubiana, che si trova al di sotto di gran parte del Negev e di altre parti di Israele.

Combinando la pionieristica tecnica di datazione al radiokrypton di Argonne con altre firme isotopiche della composizione dell'acqua, i ricercatori non solo sono in grado di dire quando quell'acqua è stata depositata, ma da dove proveniva e le condizioni climatiche che lo hanno prodotto fino a quasi 400, 000 anni fa. Il risultato, dettagliato in un nuovo studio in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , segna la prima volta che gli scienziati sono stati in grado di utilizzare le acque sotterranee per costruire un'immagine dell'acqua di climi antichi risalenti a così lontano.

"L'acqua pulita è vitale per sostenere la vita, e dobbiamo essere in grado di prevedere la futura disponibilità di acqua con l'avanzare del riscaldamento globale, che dipende dalla comprensione della distribuzione dell'acqua durante i periodi passati più caldi e più freddi, " disse Reika Yokochi, professore associato di ricerca presso il Dipartimento di Scienze Geofisiche dell'Università di Chicago e primo autore dello studio. "Questo progetto ci mostra che questi strumenti potrebbero essere davvero trasformativi, tracciando il movimento dell'acqua molto più in là di quanto siamo stati in grado di fare in precedenza".

Intrappolare gli atomi per trovare indizi

"Le falde acquifere sotto il Negev non vengono rifornite oggi, quindi a quanto pare c'erano momenti in cui c'era molta più pioggia nella regione che si raccoglieva sottoterra, " ha detto Peter Mueller, un fisico del Centro di analisi dei radioisotopi intrappolati di Argonne, o TRACCIANTE.

Per determinare quando e come ciò potrebbe essersi verificato, il team ha raccolto l'acqua da più di 20 pozzi della zona, che vanno da 900 a 4, 850 piedi di profondità. Quindi, usando un dispositivo inventato nel laboratorio di Yokochi, hanno separato il gas krypton e lo hanno analizzato utilizzando una tecnologia chiamata Atom Trap Trace Analysis (ATTA).

ATTA misura l'acqua per le tracce del raro isotopo krypton-81, che può datare l'acqua fino a 1,5 milioni di anni. Questo lo porta ben oltre la gamma della datazione al radiocarbonio, che non può raggiungere con precisione oltre i 40, 000 anni.

L'analisi ATTA ha suggerito che l'acqua nei pozzi si è accumulata per mezzo di due importanti eventi di "ricarica":uno di circa 360, 000 anni fa e uno che si è verificato meno di 40, 000 anni fa. Entrambi i periodi hanno coinciso con climi generalmente più freschi. Questi "periodi umidi regionali" erano maturi per lo sviluppo di tempeste che potessero fornire precipitazioni adeguate a ricostituire le falde acquifere del Negev.

Il team ha accoppiato l'analisi del krypton-81 con il deuterio, un isotopo dell'idrogeno più pesante di quello che si trova nell'acqua "normale". Poiché il deuterio ha una massa molto diversa dall'idrogeno, si comporta diversamente durante l'evaporazione dell'acqua, che alla fine diventa nuvole e pioggia. Quando l'evaporazione avviene rapidamente, come sul Mar Mediterraneo, mostra una firma peculiare rispetto alle tendenze globali delle precipitazioni.

Così gli scienziati possono "improntare" un corpo idrico in base alla particolare firma dei suoi isotopi stabili. Ogni modello climatico pone la propria impronta in quella firma, hanno detto i ricercatori. Questo li ha aiutati a capire che la complessa firma era il risultato della miscelazione di due diversi corpi idrici, nonché quando e dove sono stati reintegrati, e dove ha avuto origine l'acqua.

Divinazione dell'acqua antica

Attraverso questo processo, il team ha determinato che l'acqua dei due eventi di ricarica proveniva da due fonti distinte. 400 circa, 000 anni fa la regione era più fresca di quella attuale, e si crede che l'umidità sia stata rilasciata dall'Oceano Atlantico sotto forma di pennacchi tropicali. La ricarica più recente, meno di 40, 000 anni fa, potrebbe essere stato il risultato dei cicloni mediterranei durante l'ultima volta che i ghiacciai erano al loro massimo, chiamato l'ultimo massimo glaciale.

"Per quello che ci risulta, questa era la prima volta che le acque sotterranee potevano essere utilizzate direttamente come archivio climatico su queste lunghe scale temporali, " ha detto Jake Zappala di Argonne, assegnista di ricerca presso il Centro TRACER. "Usando la datazione al radiocripton, possiamo dire quando ha piovuto, e il rapporto tra acqua pesante e leggera ci dice direttamente qualcosa sul modello meteorologico. Quindi abbiamo una correlazione diretta tra il tempo e i modelli meteorologici regionali".

Un altro punto interessante è che l'acqua proveniva da vicino a una zona di faglia sismica, disse Yokochi. "Questo potrebbe suggerire che le faglie possono fungere da 'muro' che conserva acqua relativamente fresca per centinaia di migliaia di anni, " ha detto. "È possibile che depositi simili possano esistere lungo altre zone di faglia in tutto il mondo".

Ad oggi, ottenere dati affidabili sulle precipitazioni del passato si è rivelato difficile, così come la previsione dei cambiamenti regionali per i modelli climatici nel presente. La combinazione di strumenti isotopici utilizzati dal team può essere parte della risposta per risolverli entrambi.

Poiché gli strumenti continuano a fornire un quadro più affidabile degli eventi climatici passati, come i cicli idrici regionali del Negev, i ricercatori ritengono che questi dati possano servire per calibrare i modelli attuali di fenomeni climatici simili.

"Il tuo modello climatico prevede il giusto modello di precipitazione 400, 000 anni fa?" chiese Mueller. "Utilizzando i nostri dati, i modellisti possono calcolare indietro nel tempo per vedere se il loro modello è giusto. Questa è una delle cose fondamentali che possiamo fornire".