覆蓋以色列境內一半陸地的內蓋夫沙漠極度乾燥，部分地區每年的降水量不到3英寸，稱為超乾燥（hyper-arid）。不過其實直到現今，內蓋夫沙漠下方仍有含水層。了解這個含水層的來源、儲量以及正在發生的變化，對於保護和分配關鍵資源至關重要。
以色列內蓋夫本古里安大學（Ben-Gurion University of the Negev）研究人員與美國能源部與芝加哥大學阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）合作，深入研究藏在內蓋夫沙漠和以色列大部分國土下的努比亞砂岩含水層系統。
內蓋夫沙漠的拉蒙坑景觀。圖片來源╱Anat Keydar攝（CC BY 2.0）
結合阿貢實驗室無線輻射測年技術與水成分同位素指紋分析，研究人員不僅可分辨出水沉積的時間，還知道它來自何處以及近40萬年前水層產生時的氣候條件，也是科學家首次利用地下水描繪出古老的水文氣候。
《美國國家科學院院刊》線上版7月29日刊登了一篇介紹該研究的文章〈放射性氪揭露沙漠深處含水層的雙重水分來源〉。
「內蓋夫沙漠下面的含水層今日並沒有在補充水份，因此很明顯地，該地區過去曾有過多雨的時期，」阿貢實驗室放射性同位素分析中心（TRACER）首席物理學家穆勒（Peter Mueller）說。為了確定這個含水層的補水時期和機制，研究團隊從當地的20多口井中收集水，分離出氪氣，並使用阿貢實驗室為核子物理測量發展出的「Atom Trap Trace Analysis」（ATTA）的分析方法進行分析。
ATTA測量水中微量的稀有氪（Kr）同位素81Kr，可以測定4萬年前到150萬年前的水，這遠超出了放射性碳年代測定的範圍，放射性碳測年超過4萬年便不準確。
ATTA分析顯示，井中的水來自兩次主要的補水事件，分別發生在4萬年前和近36萬年前。兩個時期剛好都是較涼爽的氣候。這些「區域潮濕時期」為當時暴風雨的發展提供足夠的水量，補充了內蓋夫含水層。雖然81Kr很適合確認時間，但分布資料出乎意料地複雜費解。它顯示出氪與氘之間有有趣的共變。氘是一種氫同位素，比一般水中的氫更重。
「我們正在尋找δD（氘，音同刀），即氘與一般氫的比值。」TRACER中心博士後研究扎帕拉（Jake Zappala）說「這個數值在不同的水體之間，會因水的來源和天氣狀況不同會有所差異。」因為氘的質量比氫大，所以有不同的特性，蒸發和凝固點都不同。例如，當蒸發快速發生時，如地中海上空，氘呈現出獨特的特徵，與全球降水趨勢有所不同。儘管和氫相比，氘非常罕見，10,000個水分子中只有一個含有一個氘原子而不是氫，卻可以非常精確地測量。因此，科學家們可以根據其穩定同位素的特徵分別不同水體，就像水體的「指紋」。研究人員解釋，每種氣候模式都有自己的印記。
芝加哥大學地球物理科學系研究副教授、研究第一作者Reika Yokochi說：「這個研究顯示這些工具深具潛力，比過去更能追踪水的運動。」根據資料的共變和空間分布，研究團隊確定來自兩次補水事件的水來源不同。大約40萬年前，該地區比現在更涼爽，水分是以熱帶羽流的形式從大西洋傳來。前一次的回補在不到4萬年前，可能是最近一次重大冰川事件，又稱末次冰期期間，地中海颶風所導致。
Yokochi指出，另一個值得注意的地方是，含水層的水來自地震斷層帶附近，這顯示斷層可以作為一堵「牆」，保存數十萬年來相對較新的水份。她說「世界各地其他斷層帶也可能存在類似的水層。」
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