Alors que l'élévation du niveau de la mer menace les zones côtières, les scientifiques utilisent une nouvelle technique de datation nucléaire pour suivre les tenants et aboutissants du débit d'eau.

La Floride est connue pour l'eau. Entre ses plages, les marais, tempêtes et humidité, l'état est trempé. Et sous toute sa surface se trouve le plus grand aquifère d'eau douce du pays.

L'aquifère de Floride produit 1,2 billion de gallons d'eau chaque année, soit près de 2 millions de piscines olympiques. Il sert de principale source d'eau potable à plus de 10 millions de personnes et soutient l'irrigation de plus de 2 millions d'acres. Il alimente également des milliers de lacs, sources et zones humides, et les environnements qu'ils entretiennent.

« Les données de quelques échantillons sont riches en opportunités, et cette étude démontre le grand potentiel du krypton-81 dans de multiples domaines de la géochimie, ", explique Peter Mueller, scientifique du Laboratoire national d'Argonne.

Mais alors que les glaciers fondent à cause du réchauffement climatique, l'élévation du niveau de la mer menace cette source d'eau - et d'autres aquifères côtiers - avec l'intrusion d'eau salée. Il est plus que jamais crucial d'étudier l'histoire et le comportement de l'eau dans ces aquifères, et les systèmes d'eau dynamiques de la Floride en font un banc d'essai de premier ordre.

Dans une étude menée par l'Université de Chicago, les scientifiques ont appliqué une technique de datation développée par des physiciens nucléaires du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie (DOE) qui utilise une version radioactive de l'élément krypton pour étudier l'origine et le débit d'eau douce et d'eau salée dans l'aquifère de Floride. Leurs résultats démontrent la promesse de cette nouvelle technique pour aider à comprendre et à prévoir les effets du changement climatique sur les aquifères côtiers, pour éclairer la gestion des ressources en eau et pour révéler un aperçu d'autres processus géologiques.

Compter le krypton

Pour étudier l'écoulement de l'eau dans l'aquifère, les scientifiques ont utilisé le Centre TRACER d'Argonne pour effectuer une datation au radiokrypton. Cette technique fonctionne selon les mêmes principes que la datation au carbone, où l'âge de quelque chose est déterminé en fonction de la quantité d'un certain élément restant dans l'échantillon. Mais au lieu de carbone, il utilise l'isotope radioactif krypton-81.

Une petite quantité de krypton-81 est naturellement produite dans l'atmosphère et peut se dissoudre dans les gouttelettes d'eau des nuages ​​et des plans d'eau. Une fois que l'eau passe sous terre, il arrête d'absorber le krypton-81 de l'atmosphère, et ce qui reste se transforme lentement en d'autres éléments au fil du temps.

Si les scientifiques peuvent déterminer le rapport entre le krypton-81 dans l'eau et dans l'atmosphère, ils peuvent calculer combien de temps il est resté sous terre.

"C'est extrêmement difficile, " a déclaré Peter Mueller de la division de physique d'Argonne. " Puisque le krypton-81 est si rare, vous avez besoin d'outils de mesure très sensibles pour détecter la petite quantité dans un échantillon."

Seul un atome sur un million dans l'atmosphère est du krypton. Quoi de plus, seul un atome de krypton sur mille milliards est spécifiquement le krypton-81. Cela laisse si peu d'atomes à détecter dans un échantillon que les scientifiques les comptent un par un en utilisant une technique appelée Atom Trap Trace Analysis, développé à Argonne.

L'équipe a prélevé des échantillons de huit puits captant l'aquifère et extrait le gaz dissous dans l'eau, y compris le krypton-81. Au Centre TRACER, ils ont envoyé le gaz sur une ligne de faisceau où six faisceaux laser se réunissent pour créer un piège unique à l'isotope d'intérêt (dans ce cas, krypton-81). Les atomes piégés apparaissent sur une caméra, et les scientifiques peuvent les compter jusqu'à l'atome individuel.

Cette étude est la première application de datation au radiokrypton sur l'aquifère de Floride.

Il y a de bonnes et de mauvaises nouvelles

Certains des échantillons contenaient 40, eau salée millénaire juste avant le dernier maximum glaciaire vers 25, il y a 000 ans, quand une grande partie de l'eau qui se trouve maintenant dans l'océan a été capturée dans d'énormes glaciers. Au cours de cette période, le niveau de la mer était de plus de 100 mètres plus bas qu'il ne l'est maintenant.

"A cause du réchauffement climatique, le niveau de la mer monte, l'eau de mer détériore les sources d'eau douce, " a déclaré Reika Yokochi, professeur de recherche à l'Université de Chicago et scientifique principal de l'étude. "La présence de l'eau modérément ancienne signifie que l'eau salée persiste dans l'aquifère une fois qu'elle y pénètre. C'est une mauvaise nouvelle. Nous devons minimiser le taux de cette pollution."

Alors que les échantillons salés sont préoccupants, il y a de bonnes nouvelles, trop. Les scientifiques ont confirmé que l'eau de la partie sud de l'aquifère de Floride s'était rechargée en eau douce au cours de la dernière période glaciaire (entre 12, 000 à 115, il y a 000 ans), renforcer la compréhension actuelle de la dynamique de l'eau douce.

"Nous avons également trouvé un échantillon avec de l'eau douce relativement jeune, ce qui est une bonne nouvelle pour la Floride car cela signifie que l'eau coule activement et est renouvelable près du centre de la Floride, " dit Yokochi.

Nouvelle technique à fort potentiel

La datation au radiokrypton est une technique relativement nouvelle, et les scientifiques ne font que commencer. Cet outil a un potentiel incroyable pour stimuler la découverte en physique, géologie et au-delà.

Par exemple, les scientifiques armés de datations au radiokrypton peuvent utiliser l'eau des aquifères côtiers comme messagers potentiels des changements des cycles de l'eau et de la composition de l'eau de mer ancienne. La technique peut également fournir un aperçu du mouvement des éléments à travers les frontières terre-océan, qui a un impact sur le dioxyde de carbone (CO 2 ) niveaux dans l'atmosphère.

"Lorsque l'eau s'écoule à la surface ou sous terre, il réagit avec la roche environnante et capte des signatures qui racontent une histoire, ", a déclaré Yokochi. "Ces informations peuvent aider à améliorer et à valider nos modèles des systèmes terrestres et du cycle des éléments, qui sont étroitement liés au climat mondial."

La datation au radiokrypton sert également de complément à la datation au carbone lorsqu'elle est réalisée sur les mêmes échantillons. Les scientifiques peuvent utiliser les résultats de la datation au radiokrypton pour calibrer l'analyse de la datation au carbone. Une fois corrigé, les données carbone peuvent fournir des informations supplémentaires, en particulier sur les taux de réactions eau-carbonate.

"Lorsque vous avez un nouvel outil comme celui-ci et que vous l'appliquez pour la première fois, même dans un aquifère qui a été beaucoup étudié, soudain, vous obtenez une nouvelle perspective et un nouvel aperçu, " a déclaré Mueller. " Les données de quelques échantillons sont riches en opportunités, et cette étude démontre le grand potentiel du krypton-81 dans de multiples domaines de la géochimie."