O deserto do Negev, que cobre metade da massa de terra de Israel, é tão seco que partes dele recebem menos de sete centímetros de água por ano. Mas embaixo dela está a água que sustenta o povo e a agricultura da região. Entendendo de onde veio, quanto está lá, e o que está acontecendo com ele é crítico para a segurança e alocação desse recurso crucial.

Pesquisadores da Universidade Ben-Gurion de Negev, em Israel, estão colaborando com colegas da Universidade de Chicago e do Laboratório Nacional de Argonne afiliado para entender melhor o sistema Nubian Sandstone Aquifer. que fica abaixo de uma grande parte do Negev e outras partes de Israel.

Ao combinar a técnica pioneira de datação por radiocriptônio de Argonne com outras assinaturas isotópicas da composição da água, os pesquisadores não são apenas capazes de dizer quando a água foi depositada, mas de onde veio e as condições climáticas que o produziram até quase 400, 000 anos atrás. O resultado, detalhado em um novo estudo no Proceedings of the National Academy of Sciences , marca a primeira vez que os cientistas foram capazes de usar a água subterrânea para construir uma imagem da água de climas antigos que datam daquela época.

"Água limpa é vital para sustentar a vida, e precisamos ser capazes de prever a disponibilidade futura de água à medida que o aquecimento global avança - o que depende da compreensão da distribuição da água durante os períodos passados ​​mais quentes e mais frios, "disse Reika Yokochi, professor associado de pesquisa do Departamento de Ciências Geofísicas da Universidade de Chicago e o primeiro autor do estudo. "Este projeto nos mostra que essas ferramentas podem ser realmente transformadoras - rastreando o movimento da água muito mais longe do que antes."

Capturando átomos em busca de pistas

"Os aquíferos abaixo do Negev não são reabastecidos hoje, então, aparentemente, houve momentos em que havia muito mais chuva na região que se acumulava no subsolo, "disse Peter Mueller, um físico do Centro de Análise de Radioisótopos Trapped de Argonne, ou TRACER.

Para determinar quando e como isso pode ter ocorrido, a equipe coletou água de mais de 20 poços na área, variando de 900 a 4, 850 pés de profundidade. Então, usando um dispositivo inventado no laboratório de Yokochi, eles separaram o gás criptônio e o analisaram usando uma tecnologia chamada Atom Trap Trace Analysis (ATTA).

ATTA mede a água em busca de traços do raro isótopo criptônio-81, que pode datar a água com até 1,5 milhão de anos. Isso aumenta muito além da faixa de datação por radiocarbono, que não pode alcançar com precisão além de cerca de 40, 000 anos.

A análise ATTA sugeriu que a água nos poços se acumulou por meio de dois grandes eventos de "recarga" - um cerca de 360, 000 anos atrás e um que ocorreu há menos de 40, 000 anos atrás. Ambos os períodos coincidiram com climas geralmente mais frios. Esses "períodos úmidos regionais" estavam prontos para o desenvolvimento de tempestades que poderiam fornecer chuvas adequadas para reabastecer os aqüíferos do Negev.

A equipe emparelhou a análise do criptônio-81 com o deutério, um isótopo de hidrogênio mais pesado do que aquele encontrado na água "normal". Como o deutério tem uma massa muito diferente do hidrogênio, ele se comporta de maneira diferente durante a evaporação da água, que eventualmente se torna nuvens e chuva. Quando a evaporação acontece rapidamente, como sobre o Mar Mediterrâneo, ele mostra uma assinatura peculiar em comparação com as tendências globais de precipitação.

Assim, os cientistas podem "tirar impressões digitais" de um corpo de água com base na assinatura particular de seus isótopos estáveis. Cada padrão climático deixa sua própria marca nessa assinatura, disseram os pesquisadores. Isso os ajudou a descobrir que a assinatura complexa era o resultado da mistura de dois corpos d'água diferentes - bem como quando e onde eles foram reabastecidos, e onde a água se originou.

Adivinhando a água ancestral

Através deste processo, a equipe determinou que a água dos dois eventos de recarga veio de duas fontes distintas. Cerca de 400, 000 anos atrás, a região era mais fria do que o presente, e acredita-se que a umidade foi liberada do Oceano Atlântico na forma de plumas tropicais. A recarga mais recente, menos de 40, 000 anos atrás, pode ter sido o resultado de ciclones no Mediterrâneo durante a última vez que as geleiras estiveram em seu ponto mais alto, chamado de Último Máximo Glacial.

"Para nosso conhecimento, esta foi a primeira vez que as águas subterrâneas puderam ser usadas diretamente como um arquivo climático nessas longas escalas de tempo, "disse Jake Zappala de Argonne, nomeado pós-doutorado no TRACER Center. "Usando a datação por radiokrypton, podemos dizer quando choveu, e a proporção da água pesada para a leve nos diz diretamente algo sobre o padrão climático. Portanto, temos uma correlação direta entre o tempo e os padrões climáticos regionais. "

Outro ponto interessante é que a água veio de perto de uma zona de falha de terremoto, Yokochi disse. "Isso pode sugerir que as falhas podem servir como uma 'parede' que preserva água relativamente doce ao longo de centenas de milhares de anos, "disse ela." É possível que existam repositórios semelhantes ao longo de outras zonas de falha em todo o mundo. "

A data, obter dados confiáveis ​​de precipitação do passado provou ser difícil, assim como a previsão de mudanças regionais para os modelos climáticos no presente. A combinação de ferramentas isotópicas usadas pela equipe pode ser parte da resposta para resolver ambos.

À medida que as ferramentas continuam a fornecer uma imagem mais confiável dos eventos climáticos anteriores, como os ciclos regionais de água do Negev, os pesquisadores acreditam que esses dados podem servir para calibrar os modelos atuais de fenômenos climáticos semelhantes.

"Seu modelo climático prevê o padrão correto de precipitação 400, 000 anos atrás? "Perguntou Mueller." Usando nossos dados, os modeladores podem calcular de volta no tempo para ver se seu modelo está certo. Essa é uma das principais coisas que podemos oferecer. "