随着海平面上升威胁到沿海地区，科学家们正在使用一种新兴的核定年技术来追踪水流的进出
佛罗里达州以水而闻名。在海滩、沼泽、风暴和潮湿之间，这个州被浸湿了。在其整个表面之下是全国最大的淡水含水层。
佛罗里达含水层每年产生 1.2 万亿加仑的水——这几乎相当于 200 万个奥运会规模的游泳池。它是超过 1000 万人的主要饮用水源，并支持超过 200 万英亩的灌溉。它还为数以千计的湖泊、泉水和湿地以及它们所培育的环境提供水源。
“来自少数样本的数据充满了机会，这项研究证明了氪 81 在地球化学多个领域的巨大潜力，”阿贡科学家彼得穆勒说
但随着全球变暖导致冰川融化，海平面上升威胁着这个水源——以及其他沿海含水层——海水的入侵。研究这些含水层中水的历史和行为比以往任何时候都更加重要，佛罗里达州的动态水系统使其成为主要的试验台。
在芝加哥大学领导的一项研究中，科学家们应用了美国能源部 (DOE) 阿贡国家实验室的核物理学家开发的测年技术，该技术使用氪元素的放射性版本来研究淡水和咸水的起源和流动在佛罗里达含水层。他们的发现证明了这种新技术有助于理解和预测气候变化对沿海含水层的影响，为水资源管理提供信息并揭示对其他地质过程的洞察力。
数氪
为了研究含水层中的水流，科学家们使用阿贡的 TRACER 中心进行放射性氪定年。这种技术的工作原理与碳测年相同，其中某物的年龄是根据样品中剩余某种元素的量确定的。但它没有使用碳，而是使用放射性同位素氪 81。
大气中自然产生少量氪 81，可溶解在云和水体中的水滴中。一旦水进入地下，它就会停止从大气中吸收氪 81，并且随着时间的推移，剩下的东西会慢慢变成其他元素。
如果科学家能够计算出水中和大气中氪 81 的比例，他们就可以计算出它在地下的时间。
“这极具挑战性，”阿贡物理学部的科学家彼得·穆勒 (Peter Mueller) 说。â <“由于氪 81 非常罕见，因此您需要非常灵敏的测量工具来检测样品中的微量元素。”
大气中只有百万分之一的原子是氪。更重要的是，一万亿个氪原子中只有一个是氪81。这使得在样品中检测到的原子很少，科学家们使用在阿贡开发的一种称为原子陷阱跟踪分析的技术对它们进行逐个计数。
该团队从挖掘含水层的 8 口井中收集样品，并提取溶解在水中的气体，包括 krypton-81。在 TRACER 中心，他们将气体沿着光束线发送，在那里六束激光束聚集在一起，形成一个独特的感兴趣同位素(在这种情况下，氪 81)的陷阱。被捕获的原子出现在相机上，科学家们可以将它们计数到单个原子。
这项研究是在佛罗里达含水层上首次应用放射性氪测年。
有好消息和坏消息
一些样本含有 40,000 年前的咸水，大约在大约 25,000 年前的最后一次冰川盛期之前，当时海洋中的大部分水都被巨大的冰川捕获。在此期间，海平面比现在低了 100 多米。
“由于全球变暖，海平面上升，导致海水破坏淡水资源，”芝加哥大学研究教授、该研究的首席科学家 Reika Yokochi 说。â <“中等年龄的水的存在意味着一旦进入含水层，咸水就会持续存在。这是个坏消息。我们必须将这种污染的发生率降到最低。”
虽然咸样品令人担忧，但也有好消息。科学家们证实，佛罗里达州含水层南部的水在最后一个冰期(大约在 12,000 到 115,000 年前之间)被淡水补给，支持了目前对淡水动力学的理解。
“我们还发现了一个淡水样本相对年轻，这对佛罗里达州来说是个好消息，因为这意味着佛罗里达州中部附近的水正在积极流动且可再生，”横内说。
潜力巨大的新技术
放射性氪测年是一项相对较新的技术，科学家们才刚刚开始。该工具在推动物理学、地质学及其他领域的发现方面具有令人难以置信的潜力。
例如，拥有放射性氪测年技术的科学家可以利用沿海含水层中的水作为水循环变化和古代海水成分变化的潜在信使。该技术还可以提供有关元素跨越陆地 - 海洋边界的运动的洞察力，这会影响大气中的二氧化碳 (CO2) 水平。
“当水在地表或地下流动时，它会与周围的岩石发生反应，并获得讲述故事的特征，”横内说。â <“这些信息有助于改进和验证我们的地球系统和元素循环模型，这些模型与全球气候密切相关。”
对相同样品进行放射性氪测年也可作为碳测年的补充。科学家可以使用放射性氪测年的结果来校准碳测年分析。一旦得到纠正，碳数据可以提供额外的洞察力，尤其是关于水-碳酸盐反应的速率。
“当你拥有这样的新工具并第一次应用它时，即使是在已经研究过很多次的含水层中，你也会突然获得新的视角和新的见解，”穆勒说。â <“来自少数样本的数据充满机会，这项研究证明了氪 81 在地球化学多个领域的巨大潜力。”
