العلماء يستخدمون الفيزياء النووية لاستكشاف طبقة فلوريدان الجوفية المهددة بتغير المناخ – ScienceDaily

نظرًا لأن ارتفاع مستوى سطح البحر يهدد المناطق الساحلية ، يستخدم العلماء تقنية التأريخ النووي الناشئة لتتبع مداخل ومخارج تدفق المياه.

تشتهر فلوريدا بالمياه. بين شواطئها ومستنقعاتها وعواصفها ورطوبتها ، تغرق الولاية. وتحت سطحه بالكامل يوجد أكبر خزان للمياه العذبة في البلاد.

ينتج حوض فلوريدان الجوفي 1.2 تريليون جالون من المياه كل عام – أي ما يقرب من 2 مليون حوض سباحة أوليمبي الحجم. وهي بمثابة مصدر رئيسي لمياه الشرب لأكثر من 10 ملايين شخص وتدعم ري أكثر من 2 مليون فدان. كما أنها تزود الآلاف من البحيرات والينابيع والأراضي الرطبة والبيئات التي تغذيها.

ولكن مع ذوبان الأنهار الجليدية بسبب الاحتباس الحراري ، فإن ارتفاع مستويات سطح البحر يهدد مصدر المياه هذا – ومستودعات المياه الجوفية الساحلية الأخرى – بتسرب المياه المالحة. من المهم أكثر من أي وقت مضى دراسة تاريخ وسلوك المياه في طبقات المياه الجوفية هذه ، وأنظمة المياه الديناميكية في فلوريدا تجعلها ساحة اختبار رئيسية.

في دراسة بقيادة جامعة شيكاغو ، طبق العلماء تقنية تأريخ طورها علماء الفيزياء النووية في مختبر أرغون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE) والذي يستخدم نسخة مشعة من عنصر الكريبتون لدراسة أصل وتدفق المياه العذبة والمياه المالحة. في طبقة فلوريدان الجوفية. توضح النتائج التي توصلوا إليها وعد هذه التقنية الجديدة للمساعدة في فهم آثار تغير المناخ على طبقات المياه الجوفية الساحلية والتنبؤ بها ، ولإبلاغ إدارة الموارد المائية وكشف البصيرة في العمليات الجيولوجية الأخرى.

عد الكريبتون

لدراسة تدفق المياه في طبقة المياه الجوفية ، استخدم العلماء مركز TRACER في Argonne لإجراء تأريخ إشعاعي. تعمل هذه التقنية بنفس مبادئ التأريخ بالكربون ، حيث يتم تحديد عمر شيء ما بناءً على كمية عنصر معين متبقي في العينة. لكن بدلاً من الكربون ، يستخدم النظير المشع krypton-81.

يتم إنتاج كمية صغيرة من الكريبتون -81 بشكل طبيعي في الغلاف الجوي ويمكن أن تذوب في قطرات الماء في السحب والمسطحات المائية. بمجرد أن يذهب الماء تحت الأرض ، فإنه يتوقف عن امتصاص الكريبتون 81 من الغلاف الجوي ، وما يتبقى يتحول ببطء إلى عناصر أخرى مع مرور الوقت.

إذا تمكن العلماء من معرفة النسبة بين الكريبتون 81 في الماء والغلاف الجوي ، فيمكنهم حساب المدة التي قضاها تحت الأرض.

قال بيتر مولر ، عالم في قسم الفيزياء في Argonne: “هذا صعب للغاية”. ؟ “نظرًا لأن الكريبتون 81 نادر جدًا ، فأنت بحاجة إلى أدوات قياس حساسة للغاية لاكتشاف الكمية الصغيرة داخل العينة.”

الكريبتون واحد فقط من كل مليون ذرة في الغلاف الجوي. ما هو أكثر من ذلك ، واحدة فقط من بين كل تريليون ذرة كريبتون هي الكريبتون 81 على وجه التحديد. هذا يترك عددًا قليلاً جدًا من الذرات لاكتشافها في عينة ما ، حيث يقوم العلماء بحسابها واحدة تلو الأخرى باستخدام تقنية تسمى تحليل تتبع الذرات التي تم تطويرها في Argonne.

جمع الفريق عينات من ثمانية آبار تنصت على طبقة المياه الجوفية واستخرجوا الغاز المذاب في الماء ، بما في ذلك الكريبتون 81. في مركز TRACER ، أرسلوا الغاز إلى أسفل خط إشعاع حيث تتجمع ستة أشعة ليزر لإنشاء مصيدة فريدة من نوعها للنظير محل الاهتمام (في هذه الحالة ، krypton-81). تظهر الذرات المحاصرة على الكاميرا ، ويمكن للعلماء العد التنازلي للذرات الفردية.

هذه الدراسة هي أول تطبيق للتأريخ الإشعاعي في حوض فلوريدان الجوفي.

هناك أخبار جيدة وأخبار سيئة

احتوت بعض العينات على مياه مالحة عمرها 40 ألف عام من ما قبل آخر قمة جليدية قبل حوالي 25000 عام ، عندما تم التقاط الكثير من المياه الموجودة الآن في المحيط في أنهار جليدية ضخمة. خلال هذه الفترة ، كان مستوى سطح البحر أقل مما هو عليه الآن بأكثر من 100 متر.

وقالت ريكا يوكوتشي ، الأستاذة البحثية في جامعة شيكاغو وكبير العلماء في الدراسة: “بسبب الاحتباس الحراري ، يرتفع مستوى سطح البحر ، مما يتسبب في إفساد مياه البحر لمصادر المياه العذبة”. ؟ “إن وجود المياه القديمة بشكل معتدل يعني أن المياه المالحة تستمر في طبقة المياه الجوفية بمجرد دخولها. هذه أخبار سيئة. علينا تقليل معدل هذا التلوث.”

في حين أن العينات المالحة مثيرة للقلق ، هناك أخبار جيدة أيضًا. أكد العلماء أن المياه في الجزء الجنوبي من طبقة فلوريدان الجوفية قد تمت إعادة شحنها بالمياه العذبة خلال الفترة الجليدية الأخيرة (في وقت ما بين 12000 إلى 115000 سنة مضت) ، مما عزز الفهم الحالي لديناميكيات المياه العذبة.

قال يوكوتشي: “وجدنا أيضًا عينة بها مياه عذبة حديثة العهد نسبيًا ، وهو خبر سار لفلوريدا لأنه يعني أن المياه تتدفق بنشاط ومتجددة بالقرب من وسط فلوريدا”.

تقنية جديدة ذات إمكانات كبيرة

المواعدة الراديوكريبتون هي تقنية جديدة نسبيًا ، وقد بدأ العلماء للتو. تتمتع هذه الأداة بإمكانيات مذهلة لدفع الاكتشافات في الفيزياء والجيولوجيا وغيرهما.

على سبيل المثال ، يمكن للعلماء المسلحين بالتأريخ المشع أن يستخدموا المياه في طبقات المياه الجوفية الساحلية كمراسلين محتملين للتغيرات في دورات المياه وتكوين مياه البحر القديمة. يمكن أن توفر هذه التقنية أيضًا نظرة ثاقبة حول حركة العناصر عبر حدود اليابسة والمحيطات ، والتي تؤثر على ثاني أكسيد الكربون (CO2) المستويات في الغلاف الجوي.

قال يوكوتشي: “عندما تتدفق المياه على السطح أو تحت الأرض ، فإنها تتفاعل مع الصخور المحيطة وتلتقط التواقيع التي تحكي قصة”. ؟ “يمكن أن تساعد هذه المعلومات في تحسين والتحقق من صحة نماذجنا لأنظمة الأرض ودورة العناصر ، التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالمناخ العالمي.”

يعمل التأريخ الإشعاعي أيضًا كمكمل للتأريخ بالكربون عند إجرائه على نفس العينات. يمكن للعلماء استخدام نتائج التأريخ الإشعاعي لمعايرة تحليل التأريخ بالكربون. بمجرد التصحيح ، يمكن أن توفر بيانات الكربون نظرة ثاقبة إضافية ، خاصةً حول معدلات تفاعلات كربونات الماء.

قال مولر: “عندما يكون لديك أداة جديدة مثل هذه وتطبقها لأول مرة ، حتى في طبقة المياه الجوفية التي تمت دراستها كثيرًا ، فإنك تحصل فجأة على منظور جديد ورؤية جديدة”. ؟؟

تم نشر نتائج الدراسة في عدد سبتمبر من رسائل علوم الأرض والكواكب. تم دعم هذا العمل من قبل مبادرة أبحاث المياه التعاونية بجامعة بن غوريون ومختبر أرغون الوطني وجامعة شيكاغو ، بالإضافة إلى مكتب الفيزياء النووية التابع لوزارة الطاقة.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *