Les scientifiques analysent le système aquifère sous la région du Néguev pour comprendre l'eau des climats anciens. Crédit :Roland Purtschert
Le désert du Néguev, qui couvre la moitié de la masse terrestre d'Israël, est si sec que certaines parties reçoivent moins de trois pouces d'eau par an. Mais en dessous se trouve l'eau qui soutient la population et l'agriculture de la région. Comprendre d'où il vient, combien y a-t-il, et ce qui lui arrive est essentiel pour la sécurité et l'allocation de cette ressource cruciale.
Des chercheurs de l'Université Ben Gourion du Néguev en Israël collaborent avec des collègues de l'Université de Chicago et du Laboratoire national Argonne affilié pour mieux comprendre le système aquifère de grès nubien, qui se trouve sous une grande partie du Néguev et d'autres parties d'Israël.
En combinant la technique pionnière de datation au radiokrypton d'Argonne avec d'autres signatures isotopiques de la composition de l'eau, les chercheurs sont non seulement capables de dire quand cette eau s'est déposée, mais d'où il vient et les conditions climatiques qui l'ont produit jusqu'à près de 400, il y a 000 ans. Le résultat, détaillé dans une nouvelle étude du Actes de l'Académie nationale des sciences , C'est la première fois que des scientifiques ont pu utiliser les eaux souterraines pour se faire une idée de l'eau des anciens climats remontant aussi loin.
"L'eau propre est vitale pour le maintien de la vie, et nous devons être en mesure de prédire la disponibilité future de l'eau à mesure que le réchauffement climatique progresse, ce qui dépend de la compréhension de la distribution de l'eau au cours des périodes passées plus chaudes et plus froides, " a déclaré Reika Yokochi, professeur agrégé de recherche au Département des sciences géophysiques de l'Université de Chicago et premier auteur de l'étude. "Ce projet nous montre que ces outils pourraient être vraiment transformateurs en traçant le mouvement de l'eau beaucoup plus loin que nous n'avons pu le faire auparavant."
Piéger des atomes pour trouver des indices
"Les aquifères sous le Néguev ne se renouvellent pas aujourd'hui, donc apparemment, il y avait des moments où il y avait beaucoup plus de pluie dans la région qui s'accumulait sous terre, " a déclaré Peter Mueller, un physicien du Centre d'analyse des radio-isotopes piégés d'Argonne, ou TRACEUR.
(De droite à gauche) :l'hydrologue israélienne Naama Avrahamov, Association de recherche La professeure Reika Yokochi et le chercheur postdoctoral Argonne Jake Zappala travaillent sur le terrain. Crédit :Roland Purtschert
Pour déterminer quand et comment cela a pu se produire, l'équipe a collecté l'eau de plus de 20 puits de la région, allant de 900 à 4, 850 pieds de profondeur. Puis, en utilisant un appareil inventé dans le laboratoire de Yokochi, ils ont séparé le gaz krypton et l'ont analysé à l'aide d'une technologie appelée Atom Trap Trace Analysis (ATTA).
ATTA mesure l'eau pour les traces de l'isotope rare krypton-81, qui peut dater l'eau jusqu'à 1,5 million d'années. Cela le propulse bien au-delà de la gamme de datation au radiocarbone, qui ne peut atteindre avec précision au-delà d'environ 40, 000 ans.
L'analyse de l'ATTA a suggéré que l'eau dans les puits s'est accumulée au moyen de deux événements majeurs de « recharge » - l'un d'environ 360, il y a 000 ans et celui qui s'est produit moins de 40, il y a 000 ans. Les deux périodes ont coïncidé avec des climats généralement plus frais. Ces "périodes humides régionales" étaient mûres pour le développement de tempêtes qui pourraient fournir des précipitations suffisantes pour reconstituer les aquifères du Néguev.
L'équipe a associé l'analyse du krypton-81 au deutérium, un isotope de l'hydrogène plus lourd que celui que l'on trouve dans l'eau « ordinaire ». Parce que le deutérium a une masse très différente de l'hydrogène, il se comporte différemment lors de l'évaporation de l'eau, qui finit par devenir nuages et pluie. Lorsque l'évaporation se produit rapidement, comme sur la mer Méditerranée, il montre une signature particulière par rapport aux tendances globales des précipitations.
Ainsi, les scientifiques peuvent « prendre les empreintes digitales » d'une masse d'eau en fonction de la signature particulière de ses isotopes stables. Chaque modèle climatique place sa propre empreinte dans cette signature, les chercheurs ont dit. Cela les a aidés à comprendre que la signature complexe était le résultat du mélange de deux masses d'eau différentes, ainsi que du moment et de l'endroit où elles ont été reconstituées, et d'où provient l'eau.
Le physicien d'Argonne Michael Bishof (à gauche) et le chercheur postdoctoral d'Argonne Jake Zappala analysent les isotopes du krypton-81 de l'eau dans le Centre d'analyse des radio-isotopes piégés. Crédit :Laboratoire National d'Argonne
La divination de l'eau ancienne
Grâce à ce processus, l'équipe a déterminé que l'eau provenant des deux événements de recharge provenait de deux sources distinctes. Environ 400, Il y a 000 ans, la région était plus fraîche qu'aujourd'hui, et l'on pense que l'humidité provient de l'océan Atlantique sous forme de panaches tropicaux. La recharge la plus récente, moins de 40, il y a 000 ans, peut-être le résultat des cyclones méditerranéens au cours de la dernière fois que les glaciers étaient à leur plus haut, appelé le dernier maximum glaciaire.
"A notre connaissance, c'était la première fois que les eaux souterraines pouvaient être directement utilisées comme archives climatiques sur ces longues échelles de temps, " dit Jake Zappala d'Argonne, post-doctorant au Centre TRACER. "En utilisant la datation radiokrypton, nous pouvons dire quand il a plu, et le rapport d'eau lourde à légère nous dit directement quelque chose sur le modèle météorologique. Nous avons donc une corrélation directe entre le temps et les conditions météorologiques régionales. »
Un autre point intéressant est que l'eau provenait d'une zone de faille sismique, dit Yokochi. "Cela peut suggérer que les failles peuvent servir de" mur "qui préserve l'eau relativement douce sur des centaines de milliers d'années, " dit-elle. " Il est possible que des dépôts similaires existent le long d'autres zones de failles dans le monde entier. "
À ce jour, obtenir des données fiables sur les précipitations du passé s'est avéré difficile, tout comme prédire les changements régionaux pour les modèles climatiques dans le présent. La combinaison d'outils isotopiques utilisés par l'équipe peut être une partie de la réponse à la résolution des deux.
Alors que les outils continuent de fournir une image plus fiable des événements climatiques passés, comme les cycles hydrologiques régionaux du Néguev, les chercheurs pensent que ces données peuvent servir à calibrer les modèles actuels de phénomènes climatiques similaires.
"Votre modèle climatique prédit-il le bon régime de précipitations 400, il y a mille ans ?" demanda Mueller. "En utilisant nos données, les modélisateurs peuvent recalculer dans le temps pour voir si leur modèle est correct. C'est l'un des éléments clés que nous pouvons fournir."
