Poiché l'innalzamento del livello del mare minaccia le aree costiere, gli scienziati stanno utilizzando una tecnica emergente di datazione nucleare per tracciare i dettagli del flusso d'acqua.

La Florida è nota per l'acqua. Tra le sue spiagge, paludi, tempeste e umidità, lo stato è inzuppato. E sotto la sua intera superficie si trova la più grande falda acquifera d'acqua dolce della nazione.

La falda acquifera della Florida produce 1,2 trilioni di galloni d'acqua ogni anno, ovvero quasi 2 milioni di piscine olimpioniche. Serve come fonte primaria di acqua potabile per oltre 10 milioni di persone e supporta l'irrigazione di oltre 2 milioni di acri. Fornisce anche migliaia di laghi, sorgenti e zone umide, e gli ambienti che nutrono.

"I dati di pochi campioni sono ricchi di opportunità, e questo studio dimostra il grande potenziale di krypton-81 in molteplici campi della geochimica, ", afferma lo scienziato dell'Argonne National Laboratory Peter Mueller.

Ma mentre i ghiacciai si sciolgono a causa del riscaldamento globale, l'innalzamento del livello del mare minaccia questa fonte d'acqua, e altre falde acquifere costiere, con l'intrusione di acqua salata. È più cruciale che mai studiare la storia e il comportamento dell'acqua in queste falde acquifere, e i sistemi idrici dinamici della Florida ne fanno un ottimo banco di prova.

In uno studio condotto dall'Università di Chicago, gli scienziati hanno applicato una tecnica di datazione sviluppata da fisici nucleari presso l'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) che utilizza una versione radioattiva dell'elemento krypton per studiare l'origine e il flusso di acqua dolce e salata nella falda acquifera della Florida. I loro risultati dimostrano la promessa di questa nuova tecnica di aiutare a comprendere e prevedere gli effetti del cambiamento climatico sulle falde acquifere costiere, per informare la gestione delle risorse idriche e per rivelare informazioni su altri processi geologici.

Contare il cripto

Per studiare il flusso dell'acqua nella falda acquifera, gli scienziati hanno utilizzato il Centro TRACER ad Argonne per eseguire la datazione con il radiocripton. Questa tecnica funziona secondo gli stessi principi della datazione al carbonio, dove l'età di qualcosa è determinata in base alla quantità di un certo elemento rimanente nel campione. Ma invece del carbonio, utilizza l'isotopo radioattivo krypton-81.

Una piccola quantità di krypton-81 è prodotta naturalmente nell'atmosfera e può dissolversi nelle goccioline d'acqua nelle nuvole e nei corpi d'acqua. Una volta che l'acqua va sottoterra, smette di assorbire krypton-81 dall'atmosfera, e ciò che rimane si trasforma lentamente in altri elementi nel tempo.

Se gli scienziati riescono a capire il rapporto tra il krypton-81 nell'acqua e nell'atmosfera, possono calcolare quanto tempo è stato sottoterra.

"Questo è estremamente impegnativo, ", ha detto Peter Mueller della divisione di fisica di Argonne. "Dato che il krypton-81 è così raro, sono necessari strumenti di misurazione molto sensibili per rilevare la piccola quantità all'interno di un campione."

Solo uno su un milione di atomi nell'atmosfera è krypton. Cosa c'è di più, solo uno su un trilione di atomi di krypton è specificamente krypton-81. Questo lascia così pochi atomi da rilevare in un campione che gli scienziati li contano uno per uno usando una tecnica chiamata Atom Trap Trace Analysis, sviluppato ad Argonne.

Il team ha raccolto campioni da otto pozzi che toccano la falda acquifera ed estratto il gas disciolto nell'acqua, compreso il krypton-81. Presso il Centro TRACER, hanno inviato il gas lungo una linea di luce dove sei raggi laser si uniscono per creare una trappola unica per l'isotopo di interesse (in questo caso, cripto-81). Gli atomi intrappolati appaiono su una telecamera, e gli scienziati possono contarli fino al singolo atomo.

Questo studio è la prima applicazione della datazione con radiocripton sulla falda acquifera della Florida.

Ci sono buone notizie e cattive notizie

Alcuni dei campioni contenevano 40, acqua salata di 000 anni da poco prima dell'ultimo massimo glaciale intorno ai 25 anni, 000 anni fa, quando gran parte dell'acqua che ora è nell'oceano è stata catturata in enormi ghiacciai. Durante questo periodo, il livello del mare era di oltre 100 metri più basso di quello attuale.

"A causa del riscaldamento globale, il livello del mare si sta alzando, facendo sì che l'acqua di mare rovini le fonti di acqua dolce, " disse Reika Yokochi, professore di ricerca presso l'Università di Chicago e scienziato capo dello studio. "La presenza dell'acqua moderatamente vecchia significa che l'acqua salata persiste nella falda acquifera una volta entrata. Questa è una brutta notizia. Dobbiamo ridurre al minimo il tasso di questo inquinamento".

Mentre i campioni salati sono preoccupanti, ci sono buone notizie, pure. Gli scienziati hanno confermato che l'acqua nella parte meridionale della falda acquifera della Florida è stata ricaricata con acqua dolce durante l'ultimo periodo glaciale (a volte tra 12, 000 a 115, 000 anni fa), rafforzare l'attuale comprensione della dinamica dell'acqua dolce.

"Abbiamo anche trovato un campione con acqua dolce relativamente giovane, che è una buona notizia per la Florida perché significa che l'acqua scorre attivamente e si rinnova vicino alla Florida centrale, " disse Yokochi.

Nuova tecnica con un grande potenziale

La datazione al radiokrypton è una tecnica relativamente nuova, e gli scienziati hanno appena iniziato. Questo strumento ha un potenziale incredibile per guidare la scoperta in fisica, geologia e non solo.

Per esempio, scienziati armati di datazione al radiocripton possono utilizzare l'acqua nelle falde acquifere costiere come potenziali messaggeri dei cambiamenti nei cicli dell'acqua e nella composizione dell'antica acqua marina. La tecnica può anche fornire informazioni sul movimento degli elementi attraverso i confini terra-oceano, che ha un impatto sull'anidride carbonica (CO ₂ ) livelli nell'atmosfera.

"Come l'acqua scorre in superficie o nel sottosuolo, reagisce con la roccia circostante e raccoglie firme che raccontano una storia, " ha detto Yokochi. "Queste informazioni possono aiutare a migliorare e convalidare i nostri modelli dei sistemi terrestri e del ciclo degli elementi, che sono strettamente legate al clima globale".

La datazione al radiocripton serve anche come complemento alla datazione al carbonio quando viene eseguita sugli stessi campioni. Gli scienziati possono utilizzare i risultati della datazione con radiocripton per calibrare l'analisi della datazione al carbonio. Una volta corretto, i dati sul carbonio possono fornire ulteriori informazioni, specialmente sulle velocità delle reazioni acqua-carbonato.

"Quando hai un nuovo strumento come questo e lo applichi per la prima volta, anche in una falda che è stata molto studiata, improvvisamente ottieni una nuova prospettiva e una nuova intuizione, " ha detto Mueller. "I dati di pochi campioni sono ricchi di opportunità, e questo studio dimostra il grande potenziale del krypton-81 in molteplici campi della geochimica".