L'âge de l'eau dans les océans du monde est essentiel pour comprendre la circulation océanique, en particulier pour le transport des gaz de l'atmosphère vers l'océan profond. Des chercheurs de l'Université de Heidelberg ont récemment utilisé une technique de physique atomique qu'ils ont développée pour déterminer l'âge des eaux profondes des océans allant de 50 à 1 an. 000 ans. Cette nouvelle méthode de datation, qui mesure les atomes d'argon individuels, a été utilisé dans une étude pilote dans l'Atlantique Nord. Les expériences font partie d'un projet interdisciplinaire avec les océanographes du Centre GEOMAR Helmholtz pour la recherche océanique de Kiel. Les résultats ont été publiés dans la revue Communication Nature .

La circulation des océans du monde est d'une grande importance pour la vie dans l'océan ainsi que pour le système climatique mondial. Pour les prévisions climatiques futures, il est important de comprendre non seulement comment les eaux profondes sont alimentées en oxygène frais, mais aussi à quelle vitesse et en quelles quantités les océans absorbent le gaz à effet de serre CO2 d'origine humaine de l'air. Pour ce faire, il faut connaître l'âge des eaux profondes. Combien de temps faut-il à l'eau de la surface pour atteindre un endroit précis à l'intérieur de l'océan ? Pour des périodes allant jusqu'à environ 50 ans, il existe plusieurs méthodes de rencontres. Mais pour les eaux plus anciennes - et donc la majeure partie de l'océan - il n'y avait pas de méthode de datation optimale jusqu'à présent, soulignent les chercheurs de Heidelberg.

L'isotope radioactif rare 39Ar du gaz rare argon (Ar) est utilisé pour la datation. Avec une demi-vie de 269 ans, il est particulièrement adapté pour les 50- à 1, gamme de 000 ans. Cette période de temps est essentielle pour comprendre le mouvement des eaux de surface dans l'océan profond. Mais il n'y a qu'un seul atome de l'isotope 39Ar recherché dans un millier de milliards (1015) d'atomes d'argon dans l'atmosphère et les eaux de surface. Combien de ces isotopes peuvent encore être détectés dans des eaux profondes qui n'ont pas eu de contact avec l'atmosphère depuis un certain temps ? Jusqu'à maintenant, répondre à cette question a demandé des efforts considérables et une taille d'échantillon énorme. Les chercheurs de Heidelberg ont maintenant adapté une méthode de mesure fondamentalement nouvelle, Analyse des traces de pièges atomiques (ATTA), surtout pour 39Ar.

En utilisant cette méthode, le groupe de recherche dirigé par le professeur Markus Oberthaler à l'Institut de physique Kirchhoff a pu réduire la taille de l'échantillon nécessaire pour la datation du minimum de 1, 000 litres d'eau à cinq. "Contrairement aux méthodes conventionnelles, on n'attend pas que l'isotope se désintègre spontanément pour le capturer; nous ralentissons les atomes en utilisant la technologie laser moderne, les capturer dans des pièges atomiques, et compter sélectivement les atomes individuels, " explique le Dr Sven Ebser, l'auteur principal de l'étude. Chaque isotope réagit à une lumière laser légèrement différente, que les physiciens utilisent à leur avantage dans ce processus. Ce léger effet dans la longueur d'onde est suffisant pour "manipuler" et détecter les atomes 39Ar souhaités tandis que tous les autres atomes peuvent passer librement à travers le piège atomique sans être observés.

"La méthode 39Ar n'était disponible pour notre travail qu'en raison de la taille très réduite de l'échantillon, " explique l'océanographe Dr. Toste Tanhua du GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research. Comme l'a démontré l'étude pilote au large des îles du Cap-Vert, la méthode permet aux chercheurs d'identifier beaucoup plus précisément quand un échantillon d'eau a été en contact pour la dernière fois avec l'atmosphère. Cela fournit de nouvelles informations sur le mouvement des substances traces dans l'océan. Dans la zone étudiée à des profondeurs comprises entre 1, 000 et 2, 000 mètres, par exemple, il y avait beaucoup moins de mélange que prévu. Les calculs indiquent que plus de CO2 est absorbé de l'atmosphère qu'on ne le pensait auparavant. « Je suis sûr qu'un ensemble de données global 39Ar conduira à des découvertes entièrement nouvelles sur la circulation océanique et la « respiration » des océans du monde, " déclare le Dr Tanhua.

« La nouvelle méthode de mesure profitera non seulement à la recherche océanique, mais également à la recherche sur les eaux souterraines et les glaces, " ajoute le professeur Werner Aeschbach de l'Institut de physique de l'environnement de l'université de Heidelberg. Selon le professeur Oberthaler, le projet est un excellent exemple de la façon dont la recherche fondamentale en physique atomique peut conduire à des découvertes dans des domaines initialement totalement indépendants.