美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室、伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校科研人員和國際原子能機(jī)構(gòu)的同行一道，正在進(jìn)一步研究借助氪81測定水齡，繪制地下水圖。 世界上大約有五分之一人口的飲用水來自地下，部分農(nóng)作物同樣依靠地下水灌溉。在許多干旱地區(qū)，地表水蒸發(fā)速度之快，地下水成了唯一的水源。有專家認(rèn)為去年全球糧食短缺與地下水的減少不無關(guān)系。 水透過沙層、巖石縫隙流入地下是一個(gè)漫長的過程，在有的地區(qū)甚至需要上千年。為公正有效地管理水源，消費(fèi)者需要了解水的補(bǔ)充速度。然而，一塊地表面積往往是上萬平方公里，加之部分地區(qū)的地貌復(fù)雜，很難研發(fā)出一個(gè)既完整又準(zhǔn)確的水系模型，可以讓人們根據(jù)植被、土壤、干旱和季風(fēng)的變化預(yù)測水量。 長期以來，科研人員力求研發(fā)出一種測算水齡的方法，以確定特定區(qū)域的水到底在地下沉睡了多少年。研究發(fā)現(xiàn)水在地表時(shí)還是獲得了微乎其微的同位素痕跡，其中之一就是氪81，一個(gè)衰落極其緩慢的原子。這類似與用碳測定化石年代。當(dāng)你知道氪81何其緩慢衰落，你就能測算水中殘留的氪81的原子量，從而計(jì)算出它從在地表起至今已有多少年的歷史。 氪81的壽命特別長，可以比借助碳追溯的時(shí)代更久遠(yuǎn)，或許可追溯一百萬年。自二十世紀(jì)六十年代，科研人員就希望借助氪81，但大氣中的氪81極為稀少，科研人員需要找到一種測量極其微少原子量的方法。 從1997年起，美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的科研人員開始運(yùn)用朱棣文的激光冷卻捕捉原子技術(shù)，清點(diǎn)氪81原子。由此獲得的成果被稱之為原子捕捉痕跡分析（ATTA），又結(jié)合激光和照相設(shè)備研制出專門分析儀。 分析儀采用六束激光室捕捉單個(gè)原子。為使分析儀只捕捉氪81，科研人員將激光頻率與氪81的特定共振匹配。原子振動頻率，對每一個(gè)同位素都是特定的，當(dāng)原子受到共振光碰撞時(shí)振動加快，這時(shí)在相機(jī)上便顯示出一塊光斑。 阿貢國家實(shí)驗(yàn)室和伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的科研團(tuán)隊(duì)已運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)對撒哈拉沙漠努比亞地下水樣本進(jìn)行測定，其結(jié)果與獨(dú)立水模型一致，確認(rèn)了水是東北流向的，并且標(biāo)明流動率為每年1米左右。目前兩校相關(guān)科研人員正在與國際原子能機(jī)構(gòu)同位素水文科聯(lián)手，進(jìn)行更大規(guī)模的研究。去年他們從巴西取來水樣，在阿貢國家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究。倘若研究獲得成功，此項(xiàng)技術(shù)可能會用于繪制世界地下水圖。 |
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