mis à part les chlorofluorocarbones, le tritium peut agir comme un traceur transitoire et a la capacité de « tracer » les voies biologiques, chimiques et physiques dans les océans du monde en raison de sa distribution évolutive. Le Tritium a donc été utilisé comme outil pour examiner la circulation et la ventilation des océans et, à cette fin, il est généralement mesuré en unités de Tritium où 1 TU est défini comme le rapport de 1 atome de tritium à 1018 atomes d’hydrogène, approximativement égal à 0,118 Bq/litre., Comme indiqué précédemment, les essais d’armes nucléaires, principalement dans les régions de haute latitude de l’hémisphère nord, à la fin des années 1950 et au début des années 1960, ont introduit de grandes quantités de tritium dans l’atmosphère, en particulier dans la stratosphère. Avant ces essais nucléaires, il n’y avait qu’environ 3 à 4 kilogrammes de tritium à la surface de la Terre; mais ces quantités ont augmenté de 2 ou 3 ordres de grandeur au cours de la période post-essai., Certaines sources ont rapporté que les niveaux naturels de fond ont été dépassés d’environ 1 000 TU en 1963 et 1964 et l’isotope est utilisé dans l’hémisphère nord pour estimer l’âge des eaux souterraines et construire des modèles de simulation hydrogéologique. Des sources scientifiques récentes ont estimé que les niveaux atmosphériques au plus fort des essais d’armes approchaient les 1 000 TU et que les niveaux d’eau de pluie avant les retombées se situaient entre 5 et 10 TU. En 1963, Valentia Island Ireland a enregistré 2 000 TU de précipitations.,
Océan Atlantique NordModifier
dans la stratosphère (période post-test), le tritium a interagi avec les molécules d’eau et s’est oxydé en molécules d’eau et était présent dans une grande partie des précipitations produites rapidement, faisant du tritium un outil pronostique pour étudier l’évolution et la structure du cycle hydrologique ainsi que la ventilation et la formation des masses d’eau dans l’Océan Atlantique Nord.
Les données sur la bombe-tritium ont été utilisées dans le cadre du programme Transient Tracers in the Ocean (TTO) afin de quantifier les taux de réapprovisionnement et de renversement des eaux profondes situées dans l’Atlantique Nord.,
bombe-tritium pénètre également dans l’océan profond autour de l’Antarctique. La majeure partie de l’eau tritiée à la bombe (HTO) dans toute l’atmosphère peut pénétrer dans l’océan par les processus suivants:
(a) précipitations (b) échange de vapeur (c) ruissellement fluvial
ces processus font de HTO un excellent traceur pour des échelles de temps allant jusqu’à quelques décennies.,
en utilisant les données de ces processus pour 1981, l’isosurface de 1 TU se situe entre 500 et 1 000 mètres de profondeur dans les régions subtropicales, puis s’étend jusqu’à 1 500 à 2 000 mètres au sud du Gulf Stream en raison de la recirculation et de la ventilation dans la partie supérieure de l’Océan Atlantique. Au nord, l’isosurface s’approfondit et atteint le plancher de la plaine abyssale qui est directement liée à la ventilation du plancher océanique sur des échelles de temps de 10 à 20 ans.
le profil du tritium près des Bermudes entre la fin des années 1960 et la fin des années 1980 est également évident dans l’Océan Atlantique., Il y a une propagation vers le bas du maximum de tritium de la surface (années 1960) à 400 mètres (années 1980), ce qui correspond à un taux d’approfondissement d’environ 18 mètres par an. Il y a également des augmentations de tritium à 1 500 mètres de profondeur à la fin des années 1970 et à 2 500 mètres au milieu des années 1980, qui correspondent toutes deux à des événements de refroidissement en eau profonde et à la ventilation en eau profonde associée.
à partir d’une étude réalisée en 1991, le profil de tritium a été utilisé comme outil pour étudier le mélange et l’épandage des eaux profondes de l’Atlantique Nord nouvellement formées (NADW), ce qui correspond à une augmentation du tritium jusqu’à 4 TU., Ce NADW a tendance à déborder sur les seuils qui divisent la mer de Norvège de l’Océan Atlantique Nord, puis s’écoule vers l’ouest et l’Équateur dans des courants frontaliers profonds. Ce processus a été expliqué par la distribution à grande échelle du tritium dans l’Atlantique Nord profond entre 1981 et 1983. Le gyre sub-polaire a tendance à être rafraîchi (ventilé) par le NADW et est directement lié aux valeurs élevées de tritium (> 1.5 TU)., La diminution du tritium dans le courant de limite ouest profond d’un facteur 10 de la mer du Labrador aux tropiques est également évidente, ce qui indique une perte à l’intérieur de l’océan en raison du mélange turbulent et de la recirculation.
océans Pacifique et Indienmodifier
dans une étude de 1998, les concentrations de tritium dans l’eau de mer de surface et la vapeur d’eau atmosphérique (10 mètres au-dessus de la surface) ont été échantillonnées aux endroits suivants: la mer De Sulu, la baie de Fremantle, la Baie du Bengale, la baie de Penang et le détroit de Malacca., Les résultats ont indiqué que la concentration de tritium dans l’eau de mer de surface était la plus élevée dans la baie de Fremantle (environ 0,40 Bq/litre), ce qui pourrait être accrédité pour le mélange du ruissellement d’eau douce des terres voisines en raison des grandes quantités trouvées dans les eaux côtières. Typiquement, des concentrations plus faibles ont été trouvées entre 35 et 45 degrés de latitude sud et près de l’Équateur. Les résultats ont également indiqué que (en général) le tritium a diminué au fil des ans (jusqu’en 1997) en raison de la désintégration physique du tritium de la bombe dans l’Océan Indien., En ce qui concerne la vapeur d’eau, la concentration de tritium était d’environ un ordre de grandeur supérieure aux concentrations d’eau de mer de surface (allant de 0,46 à 1,15 Bq/litre). Par conséquent, le tritium de la vapeur d’eau n’est pas affecté par la concentration en eau de mer de surface; ainsi, les concentrations élevées de tritium dans la vapeur ont été conclues comme une conséquence directe du mouvement descendant du tritium naturel de la stratosphère à la troposphère (par conséquent, l’air océanique a montré une dépendance au changement latitudinal).,
dans l’océan Pacifique Nord, le tritium (introduit sous le nom de bombe tritium dans l’hémisphère nord) s’est répandu en trois dimensions. Il y avait des maxima souterrains dans les régions de moyenne et basse latitude, ce qui indique des processus de mélange latéral (advection) et de diffusion le long de lignes de densité potentielle constante (isopycnales) dans l’océan supérieur. Certains de ces maxima sont même bien corrélés avec les extrema de salinité. Afin d’obtenir la structure de la circulation océanique, les concentrations de tritium ont été cartographiées sur 3 surfaces de densité potentielle constante (23,90, 26,02 et 26,81)., Les résultats ont indiqué que le tritium était bien mélangé (à 6 à 7 TU) sur l’isopycnale 26,81 dans le gyre Cyclonique subarctique et qu’il semblait y avoir un échange lent de tritium (par rapport aux isopycnales moins profondes) entre ce gyre et le gyre anticyclonique au sud; de plus, le tritium sur les surfaces 23,90 et 26,02 semblait être échangé à un rythme plus lent entre le gyre central du Pacifique nord et les régions équatoriales.,
la pénétration en profondeur du tritium de la bombe peut être séparée en 3 couches distinctes:
couche 1 la couche 1 est la couche la moins profonde et comprend la couche la plus profonde et ventilée en hiver; elle a reçu du tritium via des retombées radioactives et en a perdu une partie à cause de l’advection et / ou de la diffusion verticale et contient environ 28% de la quantité totale de tritium. Couche 2 La couche 2 est en dessous de la première couche mais au-dessus de l’isopycnal 26.81 et ne fait plus partie de la couche mixte., Ses 2 sources sont la diffusion vers le bas à partir de la couche mixte et les expansions latérales affleurant les strates (poleward); elle contient environ 58% du tritium total. Couche 3 la couche 3 est représentative des eaux plus profondes que l’affleurement isopycnal et ne peut recevoir le tritium que par diffusion verticale; elle contient les 14% restants du tritium total.
Mississippi River Systemmodifier
Les impacts des retombées nucléaires ont été ressentis aux États-Unis tout au long du Mississippi River System., Les concentrations de Tritium peuvent être utilisées pour comprendre les temps de résidence des systèmes hydrologiques continentaux (par opposition aux systèmes hydrologiques océaniques habituels) qui comprennent les eaux de surface telles que les lacs, les ruisseaux et les rivières. L’étude de ces systèmes peut également fournir aux sociétés et aux municipalités des informations à des fins agricoles et sur la qualité globale de l’eau des rivières.,
dans une étude de 2004, plusieurs cours d’eau ont été pris en compte lors de l’examen des concentrations de tritium (à partir des années 1960) dans tout le bassin du fleuve Mississippi: la rivière Ohio (plus grand apport au débit du fleuve Mississippi), la rivière Missouri et la rivière Arkansas. Les concentrations de tritium les plus importantes ont été observées en 1963 à tous les endroits échantillonnés dans ces rivières et sont bien corrélées avec les concentrations maximales de précipitations dues aux essais de bombes nucléaires en 1962., Les concentrations globales les plus élevées ont été observées dans la rivière Missouri (1963) et étaient supérieures à 1 200 TU, tandis que les concentrations les plus faibles ont été observées dans la rivière Arkansas (jamais supérieures à 850 TU et inférieures à 10 TU au milieu des années 1980).
plusieurs processus peuvent être identifiés à l’aide des données sur le tritium des rivières: le ruissellement direct et l’écoulement de l’eau des réservoirs d’eau souterraine. En utilisant ces processus, il devient possible de modéliser la réponse des bassins fluviaux au traceur transitoire du tritium., Deux des modèles les plus courants sont les suivants:
le signal de tritium d’approche par écoulement à Piston apparaît immédiatement; et la concentration de sortie d’approche par réservoir bien mélangé dépend du temps de séjour de l’eau du bassin
malheureusement, les deux modèles ne reproduisent pas le tritium dans les eaux de la rivière; ainsi, un modèle de mélange à deux éléments a été développé qui comprend 2 composantes: une composante de débit rapide (précipitation récente-« piston ») et une composante où les eaux résident dans le bassin pendant plus d’un an (« réservoir bien mélangé »)., Par conséquent, la concentration de tritium dans le bassin devient fonction des temps de séjour dans le bassin, des puits (désintégration radioactive) ou des sources de tritium, et de la fonction d’entrée.
pour la rivière Ohio, les données sur le tritium indiquaient qu’environ 40% du débit était composé de précipitations dont le temps de résidence était inférieur à 1 an (dans le bassin de l’Ohio) et que les eaux plus anciennes comportaient des temps de résidence d’environ 10 ans. Ainsi, les temps de séjour courts (moins de 1 an) correspondaient à la composante « prompt-flow » du modèle de mélange à deux membres., En ce qui concerne la rivière Missouri, les résultats ont indiqué que les durées de résidence étaient d’environ 4 ans, la composante du débit rapide étant d’environ 10% (ces résultats sont dus à la série de barrages dans la région de la rivière Missouri).
en ce qui concerne le flux massique de tritium à travers la tige principale du fleuve Mississippi dans le golfe du Mexique, les données indiquent qu’environ 780 grammes de tritium se sont écoulés du fleuve et dans le golfe entre 1961 et 1997, soit une moyenne de 7,7 PBq/an., Et les flux actuels à travers le fleuve Mississippi sont d’environ 1 à 2 grammes par an, par opposition aux flux d’environ 0,4 grammes par an avant la bombe.