En forskargrupp ledd av University of Massachusetts Amherst, i samarbete med University of Alaska-Anchorage och Columbia University, har genomfört den bredaste hydrologiska spårämnesanalysen någonsin av torra Anderna i Chile, Argentina och Bolivia, där majoriteten av världens litiumfyndigheter och andra element, såsom koppar, avgörande för den gröna energiomställningen bort från olja och mot elektricitet.

Men de torra Anderna, liksom andra hypertorra regioner, är också extremt känsliga för all aktivitet, såsom gruvdrift, som kan störa närvaron, sammansättningen och flödet av både yt- och undervattensvatten.

Hittills har det dock inte funnits någon tillförlitlig, heltäckande förståelse för exakt hur de hydrologiska systemen i extremt torra landskap fungerar, vilket gör att miljöregulatorer inte har den information de behöver för att på bästa sätt hantera gruvindustrin och övergången till mer miljövänligt. hållbar framtid.

Forskningen visas i PLOS Water .

"Vi har tänkt på vatten helt fel", säger Brendan Moran, tidningens huvudförfattare och postdoktoral forskarassistent i geovetenskap vid UMass Amherst. "Vi antar vanligtvis att vatten är vatten och hanterar allt vatten på samma sätt, men vår forskning visar att det faktiskt finns två mycket distinkta delar av vattenbudgeten i de torra Anderna, och de reagerar väldigt olika på miljöförändringar och mänsklig användning. "

Vatten är särskilt viktigt för litium, den avgörande komponenten i de kraftfulla batterierna i sådant som el- och hybridbilar och solcellssystem. Litium finns inte ofta i fast form och tenderar att förekomma i lager av vulkanisk aska - men det reagerar snabbt med vatten. När regn eller snösmältning rör sig genom asklagren läcker litium ut i grundvattnet och rör sig nedför tills det lägger sig i en platt bassäng där det förblir i lösning som en saltblandning av vatten och litium.

Eftersom denna saltlösning är mycket tät, lägger den sig ofta under fickor med färskt ytvatten, som flyter ovanpå den litiumrika vätskan nedanför. Dessa färska och bräckta laguner och våtmarker blir ofta tillflyktsorter för unika och ömtåliga ekosystem och ikoniska arter som flamingos, och de är också sammansatta av olika typer av vatten – så hur skiljer man olika vattentyper?

Moran och hans medförfattare, inklusive David Boutt, professor i geovetenskap vid UMass Amherst, och Lee Ann Munk, professor i geologiska vetenskaper vid University of Alaska, hade tidigare utvecklat en metod för att bestämma hur gammalt ett givet vattenprov är och spåra dess interaktion med landskapet genom att använda ³ H, eller tritium, och förhållandet mellan syreisotopen ¹⁸ O och väteisotopen ² H. Tritium förekommer naturligt i regnvatten och sönderfaller i en förutsägbar hastighet.

"Detta låter oss få den relativa åldern på vattnet", säger Moran. "Är det "gammalt", som i, föll det för ett sekel eller mer sedan, eller är det "samtida" vatten som föll för några veckor till år sedan?"

Förhållandet mellan ¹⁸ O och ² H tillät dessutom teamet att spåra hur mycket avdunstning vattnet hade utsatts för.

"De ¹⁸ O/ ² H-förhållandet är som ett specifikt fingeravtryck, eftersom olika vattenkällor - bäckar eller sjöar - kommer att ha olika förhållande. Detta låter oss veta var vattnet kom ifrån och hur länge det har legat nära ytan och ur marken", tillägger Moran.

För denna nya forskning arbetade Moran och Boutt med intressenter i de torra Anderna för att prova nästan alla vattenkällor i hela regionen – en prestation utan motstycke, med tanke på hur ogästvänliga och glest bebodda de torra Anderna är – och för att mäta deras olika isotoper.

Genom att göra det kunde de upptäcka att gamla och unga vatten egentligen inte blandas och beter sig väldigt olika.

"Det djupa, gamla grundvattnet upprätthåller det hydrologiska systemet i hela de torra Anderna", säger Boutt. "Bara 20–40 % av vattnet är modernt ytvatten – men det är det vatten som är mest känsligt för klimatförändringar, stormcykler och antropogen användning som gruvdrift. Forskare trodde tidigare att ytvatten var det mest stabila vattnet eftersom det var ständigt laddas upp av avrinning, men på extremt torra platser som de torra Anderna är det inte sant. Och problemet är att denna nya förståelse av hur vatten fungerar inte har införlivats i något ledningssystem någonstans."

Konsekvenserna av detta är omedelbara, och Moran säger att bland de viktigaste är att skydda de olika ledningarna – bäckar, floder, sipprar och så vidare – genom vilka färskt, ungt regnvatten rinner in i lagunerna och våtmarkerna som är så miljökritiska. Det innebär också att förvaltare behöver utveckla olika metoder för att hantera unga och gamla vatten; det finns inget som passar alla som kommer att fungera.

Kanske viktigast av allt, påpekar Boutt, "Det vi ser i de torra Anderna är representativt för hydrologi i alla extremt torra regioner – inklusive västra USA. Det är inte heller begränsat till litiumbrytning."

"Vatten över hela världens torra regioner fungerar på samma sätt", tillägger Moran, "och därför måste vattenförvaltare världen över vara medvetna om åldern och källan till deras vatten och implementera rätt policy för att skydda deras olika hydrologiska cykler."

Mer information: Brendan J. Moran et al, Samtida och relikvatten starkt frikopplade i torra alpina miljöer, PLOS Water (2024). DOI:10.1371/journal.pwat.0000191

Journalinformation: PLOS Vatten

Tillhandahålls av University of Massachusetts Amherst