Utilizan criptón para fechar hielo
antártico antiguo
Esta capacidad de descubrir hielo antiguo es crítica, dicen los investigadores de este trabajo, financiado en parte por la Fundación Nacional de Ciencia y el Departamento de Energía de Estados Unidos.
Un equipo de científicos de la Universidad del Estado de Oregón (OSU, por sus siglas en inglés), en Corvallis, Oregón, Estados Unidos, ha identificado con éxito hielo de 120.000 años de la Antártida utilizando datación radiométrica con criptón, una nueva técnica que les permita localizar y fechar hielo de más de un millón de años de antigüedad, según un nuevo trabajo publicado en 'Proceedings of the National Academy of Sciences'.
Esta capacidad de descubrir hielo antiguo es crítica, dicen los investigadores de este trabajo, financiado en parte por la Fundación Nacional de Ciencia y el Departamento de Energía de Estados Unidos, ya que les permitirá reconstruir el clima mucho más atrás en la historia de la Tierra y, potencialmente, entender los mecanismos que han desencadenado el cambio del planeta durante y fuera de las edades de hielo.
Esta capacidad de descubrir hielo antiguo es crítica, dicen los investigadores de este trabajo, financiado en parte por la Fundación Nacional de Ciencia y el Departamento de Energía de Estados Unidos, ya que les permitirá reconstruir el clima mucho más atrás en la historia de la Tierra y, potencialmente, entender los mecanismos que han desencadenado el cambio del planeta durante y fuera de las edades de hielo.
"El hielo más antiguo hallado en los núcleos perforados es de alrededor de 800.000 años de antigüedad y con esta nueva técnica creemos que podemos mirar en otras regiones y datar con éxito hielo polar que se remonta hasta hace 1,5 millones de años", subraya Christo Buizert, investigador postdoctoral en la Universidad de Oregón. A su juicio, es algo "muy emocionante" porque un montón de cosas interesantes del clima de la Tierra sucedieron antes de hace 800.000 y en la actualidad no se pueden estudiar con el registro de núcleos de hielo.
La datación por criptón es una técnica muy similar a la datación por carbono- 14 que mide la desintegración de un isótopo radiactivo, con tasas de descomposición constantes y conocidas, comparándola con un isótopo estable. Sin embargo, a diferencia del carbono-14, el criptón es un gas noble que no interactúa químicamente y es mucho más estable con una vida media de alrededor de 230.000 años, mientras que la datación por carbono no funciona bien en el hielo porque el carbono-14 se produce en el propio hielo por los rayos cósmicos, remontándose sólo a unos 50.000 años.
El criptón es producido por los rayos cósmicos que bombardean la Tierra y luego se almacena en las burbujas de aire atrapadas en el hielo antártico. Tiene un isótopo radiactivo (criptón- 81) que se deteriora muy lentamente y un isótopo estable (criptón- 83) que no se descompone, de forma que la comparación de la proporción de los isótopos estable y radiactivo proporciona la edad del hielo.
La datación por criptón es una técnica muy similar a la datación por carbono- 14 que mide la desintegración de un isótopo radiactivo, con tasas de descomposición constantes y conocidas, comparándola con un isótopo estable. Sin embargo, a diferencia del carbono-14, el criptón es un gas noble que no interactúa químicamente y es mucho más estable con una vida media de alrededor de 230.000 años, mientras que la datación por carbono no funciona bien en el hielo porque el carbono-14 se produce en el propio hielo por los rayos cósmicos, remontándose sólo a unos 50.000 años.
El criptón es producido por los rayos cósmicos que bombardean la Tierra y luego se almacena en las burbujas de aire atrapadas en el hielo antártico. Tiene un isótopo radiactivo (criptón- 81) que se deteriora muy lentamente y un isótopo estable (criptón- 83) que no se descompone, de forma que la comparación de la proporción de los isótopos estable y radiactivo proporciona la edad del hielo.
NUEVO CONTADOR DE ÁTOMOS
Aunque los científicos han estado interesados ??en la datación radiométrica con criptón desde hace más de cuatro décadas, los átomos de criptón-81 son tan limitados y difíciles de contar que no fue hasta 2011 cuando se produjo un gran avance en la tecnología de detectores que la datación con criptón-81 fue viable para este tipo de investigación. El nuevo contador de átomos, llamado 'Atom Trap Trace Analysis' o ATTA , fue desarrollado por un equipo de físicos nucleares dirigidos por Zheng-Tian Lu en el Laboratorio Nacional Argonne cerca de Chicago, Estados Unidos.
En su experimento en el glaciar Taylor, en la Antártida, los investigadores pusieron varios trozos de 300 kilogramos de hielo en un recipiente y los fundieron para liberar el aire de las burbujas, que luego almacenaron en frascos. El criptón se aisló del aire en la Universidad de Berna, en Suiza, y se envió a Argonne para contabilizar el criptón-81.
"La trampa para el átomo es tan sensible que puede captar y contar los átomos individuales", destaca Buizert, quien trabaja en la Facultad de Ciencias de la Tierra, el Océano y la Atmósfera de la OSU. "El único problema es que no hay una gran cantidad de criptón en el aire y, por lo tanto, no hay mucho en el hielo tampoco. Es por eso que necesitamos este tipo de muestras grandes para fundir".
El grupo en Argonne está mejorando continuamente el detector ATTA, según los investigadores, quienes tienen como objetivo realizar un análisis sobre una muestra de hielo pequeños, de unos 20 kilogramos, en un futuro próximo. Estos científicos determinaron a partir de la relación isotópica que las muestras del glaciar Taylor tenían 120.000 años y validaron las estimaciones comparando los resultados de las mediciones de muestras de hielo bien fechadas de metano atmosférico y oxígeno a partir de ese mismo periodo, por lo que ahora el reto es encontrar algo de hielo más antiguo de la Antártida.
"La mayoría de la gente asume que consiste simplemente en perforar más profundo en los núcleos de hielo, pero no es así de simple", señala Edward Brook, geólogo de la Universidad Estatal de Oregón y coautor del estudio. "Probablemente, existe hielo muy viejo en pequeñas manchas aisladas en la base de la capa de hielo que aún no han sido identificado, pero en muchos lugares es probable que se haya fundido y fluido hacia el océano", argumenta Brook.
Buizert apostilla que reconstruir el clima de la Tierra de hace 1,5 millones de años es importante porque se produjo un cambio en la frecuencia de las edades de hielo en lo que se conoce como la transición del Pleistoceno Medio. Se cree que la Tierra ha cambiado durante y fuera de las edades de hielo cada 100.000 años aproximadamente a lo largo de los últimos 800.000 años, pero hay evidencia de que se produjo un cambio de este tipo cada 40.000 años antes de ese tiempo.
En su experimento en el glaciar Taylor, en la Antártida, los investigadores pusieron varios trozos de 300 kilogramos de hielo en un recipiente y los fundieron para liberar el aire de las burbujas, que luego almacenaron en frascos. El criptón se aisló del aire en la Universidad de Berna, en Suiza, y se envió a Argonne para contabilizar el criptón-81.
"La trampa para el átomo es tan sensible que puede captar y contar los átomos individuales", destaca Buizert, quien trabaja en la Facultad de Ciencias de la Tierra, el Océano y la Atmósfera de la OSU. "El único problema es que no hay una gran cantidad de criptón en el aire y, por lo tanto, no hay mucho en el hielo tampoco. Es por eso que necesitamos este tipo de muestras grandes para fundir".
El grupo en Argonne está mejorando continuamente el detector ATTA, según los investigadores, quienes tienen como objetivo realizar un análisis sobre una muestra de hielo pequeños, de unos 20 kilogramos, en un futuro próximo. Estos científicos determinaron a partir de la relación isotópica que las muestras del glaciar Taylor tenían 120.000 años y validaron las estimaciones comparando los resultados de las mediciones de muestras de hielo bien fechadas de metano atmosférico y oxígeno a partir de ese mismo periodo, por lo que ahora el reto es encontrar algo de hielo más antiguo de la Antártida.
"La mayoría de la gente asume que consiste simplemente en perforar más profundo en los núcleos de hielo, pero no es así de simple", señala Edward Brook, geólogo de la Universidad Estatal de Oregón y coautor del estudio. "Probablemente, existe hielo muy viejo en pequeñas manchas aisladas en la base de la capa de hielo que aún no han sido identificado, pero en muchos lugares es probable que se haya fundido y fluido hacia el océano", argumenta Brook.
Buizert apostilla que reconstruir el clima de la Tierra de hace 1,5 millones de años es importante porque se produjo un cambio en la frecuencia de las edades de hielo en lo que se conoce como la transición del Pleistoceno Medio. Se cree que la Tierra ha cambiado durante y fuera de las edades de hielo cada 100.000 años aproximadamente a lo largo de los últimos 800.000 años, pero hay evidencia de que se produjo un cambio de este tipo cada 40.000 años antes de ese tiempo.
"¿Por qué hubo una transición de un ciclo de 40.000 años a un ciclo de 100.000 años? -plantea Buizert--. Algunas personas creen que un cambio en el nivel de dióxido de carbono en la atmósfera puede haber jugado un papel importante. Ésa es una razón por la que estamos tan ansiosos de encontrar hielo que nos lleve atrás en el tiempo para que podamos ampliar aún más datos sobre los niveles de dióxido de carbono del pasado y probar esta hipótesis".
EP
Scientists successfully use krypton to accurately date ancient Antarctic ice
CORVALLIS, Ore. – A team of scientists has successfully identified the age of 120,000-year-old Antarctic ice using radiometric krypton dating – a new technique that may allow them to locate and date ice that is more than a million years old.
The ability to discover ancient ice is critical, the researchers say, because it will allow them to reconstruct the climate much farther back into Earth’s history and potentially understand the mechanisms that have triggered the planet to shift into and out of ice ages.
Results of the discovery are being published this week in the Proceedings of the National Academy of Sciences. The work was funded by the National Science Foundation and the U.S. Department of Energy.
“The oldest ice found in drilled cores is around 800,000 years old and with this new technique we think we can look in other regions and successfully date polar ice back as far as 1.5 million years,” said Christo Buizert, a postdoctoral researcher at Oregon State University and lead author on the PNAS article. “That is very exciting because a lot of interesting things happened with the Earth’s climate prior to 800,000 years ago that we currently cannot study in the ice core record.”
Krypton dating is much like the more-heralded carbon-14 dating technique that measures the decay of a radioactive isotope – which has constant and well-known decay rates – and compares it to a stable isotope. Unlike carbon-14, however, krypton is a noble gas that does not interact chemically and is much more stable with a half-life of around 230,000 years. Carbon dating doesn’t work well on ice because carbon-14 is produced in the ice itself by cosmic rays and only goes back some 50,000 years.
Krypton is produced by cosmic rays bombarding the Earth and then stored in air bubbles trapped within Antarctic ice. It has a radioactive isotope (krypton-81) that decays very slowly, and a stable isotope (krypton-83) that does not decay. Comparing the proportion of stable-to-radioactive isotopes provides the age of the ice.
Though scientists have been interested in radiokrypton dating for more than four decades, krypton-81 atoms are so limited and difficult to count that it wasn’t until a 2011 breakthrough in detector technology that krypton-81 dating became feasible for this kind of research. The new atom counter, named Atom Trap Trace Analysis, or ATTA, was developed by a team of nuclear physicists led by Zheng-Tian Lu at Argonne National Laboratory near Chicago.
In their experiment at Taylor Glacier in Antarctica, the researchers put several 300-kilogram (about 660 pounds) chunks of ice into a container and melted it to release the air from the bubbles, which was then stored in flasks. The krypton was isolated from the air at the University of Bern, Switzerland, and sent to Argonne for krypton-81 counting.
“The atom trap is so sensitive that it can capture and count individual atoms,” said Buizert, who is in OSU’s College of Earth, Ocean, and Atmospheric Sciences. “The only problem is that there isn’t a lot of krypton in the air, and thus there isn’t much in the ice, either. That’s why we need such large samples to melt down.”
The group at Argonne is continually improving the ATTA detector, researchers there say, and they aim to perform analysis on an ice sample as small as 20 kilograms in the near future.
The researchers determined from the isotope ratio that the Taylor Glacier samples were 120,000 years old, and validated the estimate by comparing the results to well-dated ice core measurements of atmospheric methane and oxygen from that same period.
Now the challenge is to locate some of the oldest ice in Antarctica, which may not be as easy as it sounds.
“Most people assume that it’s a question of just drilling deeper for ice cores, but it’s not that simple,” said Edward Brook, an Oregon State University geologist and co-author on the study. “Very old ice probably exists in small isolated patches at the base of the ice sheet that have not yet been identified, but in many places it has probably melted and flowed out into the ocean.”
There also are special regions where old ice is exposed at the edges of an ice field, Brook pointed out.
“The international scientific community is really interested in exploring for old ice in both types of places and this new dating will really help,” Brook said. “There are places where meteorites originating from Mars have been pushed out by glaciers and collect at the margins. Some have been on Earth for a million years or more, so the ice in these spots may be that old as well.”
Buizert said reconstructing the Earth’s climate back to 1.5 million years is important because a shift in the frequency of ice ages took place in what is known as the Middle Pleistocene transition. The Earth is thought to have shifted in and out of ice ages every 100,000 years or so during the past 800,000 years, but there is evidence that such a shift took place every 40,000 years prior to that time.
“Why was there a transition from a 40,000-year cycle to a 100,000-year cycle?” Buizert said. “Some people believe a change in the level of atmospheric carbon dioxide may have played a role. That is one reason we are so anxious to find ice that will take us back further in time so we can further extend data on past carbon dioxide levels and test this hypothesis.”
In addition to Buizert and Brook, the research team included Daniel Baggenstos and Jeffrey Severinghaus of the Scripps Institution of Oceanography; Zheng-Tian Lu, Wei Jiang and Peter Müller, Argonne National Laboratory; Roland Purtschert, University of Bern; Vasilii Petrenko, University of Rochester; Tanner Kuhl, University of Wisconsin; James Lee, Oregon State University.
About the OSU College of Earth, Ocean, and Atmospheric Sciences: CEOAS is internationally recognized for its faculty, research and facilities, including state-of-the-art computing infrastructure to support real-time ocean/atmosphere observation and prediction. The college is a leader in the study of the Earth as an integrated system, providing scientific understanding to address complex environmental challenges
OSU
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