Un isótopo raro ayuda a rastrear una fuente de agua antigua

HONGOS

DEA / C. Sappa / De Agostini / Getty Images

El oasis de Dakhla en el oeste de Egipto, es alimentado por el acuífero de Nubia.

Por FELICITY BARRINGER

El acuífero de Nubia, la fuente de los oasis de fábula en Egipto y Libia, se extiende lánguidamente a través de 770.000 kilómetros cuadrados del norte de África, una colección puntillista de piscinas subterráneas de la migración del agua, muy lentamente, a través de roca y arena hacia el mar Mediterráneo.

 

El acuífero es una de las más antiguas del mundo. Sin embargo, su funcionamiento – la forma en que fluye el agua y la rapidez con la superficie que repone, han sido difíciles de entender, en parte debido a las herramientas disponibles para su estudio ha proporcionado, en el mejor de los casos, una imagen borrosa.

Ahora, para resolver algunos de los puzzles, los físicos en el Departamento de Energía de Argonne National Laboratoryen Illinois se han convertido en una de las partículas más raras de la tierra: un isótopo radiactivo difícil de alcanzar por lo general en torno rebotando en la atmósfera a cientos de kilómetros por hora.

Su primer éxito fue en la destilación de estos isótopos esquivos, el criptón 81, desde el agua en el gran acuífero de Nubia , parte del cual se encuentra a dos millas por debajo de los oasis del oeste de Egipto, donde los templos honor a Alejandro Magno. Su segundo fue en la celebración de estos isótopos y la medición sigue siendo de lo mucho que había decaído desde que vio por última vez la luz del sol.

Saber cómo el agua subterránea ha sido siempre ayuda a los investigadores a entender cómo los acuíferos se recargan rápidamente por el agua superficial y la rapidez con que se mueven, lo que lleva a los modelos geológicos más precisos. El agua subterránea se está convirtiendo en un componente cada vez más crucial de la disponibilidad de agua dulce del mundo, y los resultados pueden incrementar significativamente la comprensión de cómo se comporta.

Pradeep Aggarwal, que dirige la sección de hidrología isotópica de la Agencia Internacional de Energía Atómica de agua de los recursos del programa , dijo que el éxito en el seguimiento de mayores cuerpos de agua había sido durante mucho tiempo difícil de alcanzar. Carbono 14, tan útil en la arqueología, se remonta tan sólo 50.000 años más o menos.

Ahora está claro que el acuífero de Nubia ha sido de un millón de años en la fabricación.

«Durante décadas hemos estado buscando en diferentes medios de agua de toma de huellas dactilares», dijo el Dr. Aggarwal. «Utilizamos un montón de diferentes isótopos – los isótopos estables – para rastrear donde la lluvia viene. También se utilizaron los radioisótopos para calcular qué tan rápido se mueve de aguas subterráneas. «

Durante años, los científicos se ha basado en el carbono 14 lo que indica el acuífero era tan sólo 40.000 años. Ellos sabían que el criptón 81, un isótopo presente en el aire libre, pero bajo tierra, no sería un mejor marcador para el trabajo forense de seguir el movimiento del agua subterránea de. Cuando el agua se pierde el contacto con el aire, el reloj comienza radiactivo; isótopo se desintegra en un factor de dos cada año 230.000, y la decadencia se puede medir ya en dos millones de años.

Sin embargo, los isótopos de kriptón 81 eran endiabladamente difíciles de aislar y aún más difícil de atrapar.

Zheng-Tian Lu , un físico del Laboratorio de Argonne, y sus colegas han pasado 14 años y que se extiende el dominio de las técnicas para frenar los átomos, las mismas técnicas basadas en láser, que fueron elaboradas por el secretario actual de energía, Steven Chu, en la década de 1980, y por la que ganó un premio Nobel.

Cuando el Dr. Lu se dio cuenta de que el beneficio potencial de aislar los isótopos de kriptón 81, «me enganché a este problema», dijo. «Traté de usar el método de captura que ya había aprendido a tratar de resolver el problema de la radio-kriptón citas.

«Estamos combinando la capacidad de controlar y manipular los átomos para seleccionar el criptón 81 de un millón de tipos de isótopos de kriptón», agregó. No hay un átomo de criptón en cada millón de moléculas de agua, uno en un trillón de estos átomos de criptón es el kriptón 81 isótopos.

La clave, dijo, se utiliza el láser para determinar la frecuencia con la que los átomos oscilan – un equivalente suelta de tratar de determinar el tono exacto de una nota musical.La detección de las diferencias infinitesimales de isótopos de resonancia «es difícil, pero cuando se hace, el láser se puede ajustar para recoger la frecuencia de cada isótopo.Cuando los átomos de criptón 81 ir a través de un láser en sintonía con ellos, brillar y más despacio, dando a los científicos un blanco más fácil de aislar.

El proceso comienza cuando el agua se extrae del acuífero sin ningún contacto con el aire.Krypton se sangró por el agua en un sistema de vacío. Una vez identificados y se desaceleró, el criptón 81 isótopos son atrapados por seis rayos láser que se centran en ellos desde los cuatro puntos cardinales de la brújula y desde arriba y abajo. A continuación, su decadencia se puede medir.

«A partir de esta información el envejecimiento, que busca la forma en que el agua fluyó en el pasado de largo», dijo el Dr. Lu. «Pero tiene implicaciones sobre cómo manejar las aguas en la actualidad.» Y añadió: «Para administrar un recurso hídrico que necesita para construir un modelo hidrológico realista».

Ahí es donde Neil C. Sturchio , un geólogo de la Universidad de Illinois en Chicago, entra en juego Él trabaja con el modelo más aceptado de cómo el agua fluye a través del acuífero de Nubia. «La razón por la que se hizo este modelo», dijo, «es que no hay un acuerdo internacional entre los países que comparten el agua» – Egipto, Libia, Chad y Su

«La cuestión es si Libia empieza a bombear el agua en su seriedad y Egipto está haciendo lo mismo en sus zonas de oasis,» lo que ocurre con el resto del acuífero? Si pesada de bombeo se acerca demasiado a una línea de costa, el agua salada pueden ser llevadas a la depresión hidrológica creado por el bombeo.

El acuífero de Nubia no es exactamente el funcionamiento en seco, se llena con el equivalente de más de 500 años de caudal del río Nilo, las aguas subterráneas en la parte egipcia solo se calcula en más de 10.000 kilómetros cúbicos.

Sin embargo, el Dr. Aggarwal de la Agencia Internacional de Energía Atómica señaló: «Como resultado de la reducción que se han secado los oasis en un par de lugares. En Libia se han secado Kufra lago. «En el 1920, dijo, National Geographic publicó una foto del lago durante la marea alta. «En este momento se trata de un lecho seco, debido a que están bombeando tan fuerte», dijo.

Y a pesar de que el acuífero es enorme, su tasa de recarga, en el mejor de los casos, «se mide en milímetros por año», dijo el Dr. Aggarwal – pequeño en comparación con lo que se bombea.

Además, el Dr. Sturchio dijo, queda la cuestión de la mejor manera de extraer el agua: «donde pones los pozos, la profundidad, que tan cerca el uno al otro.»

«Si usted lo diseñe de la manera correcta, usted puede obtener mucha más agua sin problemas», añadió. «Pero si usted pone todos los pozos en un punto, usted podría ponerse causando un montón de problemas».

Los administradores del agua en todo el mundo encontrará la información del equipo útil, predice.

Además de ser aplicada a otros acuíferos en lugares como las Filipinas y Australia, el criptón 81 técnicas se están estudiando como una forma de seguimiento de la salmuera bajo tierra en lugares como el sureste de Nuevo México, donde se almacenan los residuos radiactivos procedentes de buques, submarinos y portaaviones de metro .

Al final, la gestión de los residuos nucleares, al igual que la gestión del agua, es una cuestión política. «Hay una gran cantidad de cálculos diferentes que intervienen en la explotación de un recurso», dijo el Dr. Aggarwal. «En la mayoría de los casos, las decisiones de si usar o no usar, o la cantidad a utilizar, son las decisiones sociales, políticas y económicas».

Sin embargo, dijo, «la información más fiable que se puede brindar para tomar esas decisiones, mejor somos – lo que queremos hacer es obtener la información más precisa posible.»

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