Подземные источники воды: Подземные воды — урок. География, 7 класс.

Содержание

Чистые источники воды

Давайте поговорим о чистой воде. Ведь от дефицита воды страдает более 40 процентов мирового населения. По оценкам экспертов, доступа к чистой воде лишены более 700 миллиов жителей планеты и более 1,7 миллиарда человек, проживающих на территории речных бассейнов, нуждаются в дополнительных источниках пресной воды.

Подземные источники – а это бассейны подземных вод, водоносные горизонты, как правило, не содержат взвешенных веществ. Поэтому их считают чистыми источниками воды. Они весьма прозрачны и обычно бесцветны. Также артезианские воды, перекрытые сверху водонепроницаемыми породами, защищены от поступления проникающих с поверхности земли загрязнённых стоков и обладают высокими санитарными качествами. Такими же качествами часто обладают и родниковые воды.

Самые чистые реки и озера

Но сегодня речь идет об открытых источниках – водоемах, где относительно чистая вода. Таких мест на планете все остается меньше. По оценке исследователей, самые чистыми открытыми источниками воды в мире являются следующие водоемы.

Озеро Кёнигсзее (Германия). Этот один из чистейших в мире водоемов сформировался в результате таяния ледников. Для передвижения по озеру разрешены только суда с электромоторами, весельные лодки и педальные катамараны. В самой середине озера можно услышать необыкновенно чистое и ясное эхо, чему способствуют окружающие горы.

Рио Сукури (Бразилия). Эта река настолько чистая и прозрачная, что создается иллюзия, будто плавающие в воде рыбки порхают в воздухе. Вместе с поросшими буйной зеленью берегами река Сукури создает очень живописный пейзаж, привлекающий туристов. Одним из наиболее популярных развлечений на Сукури является заплыв с маской и трубкой.

Озеро пяти цветов (Китай). Необыкновенное озеро находится в провинции Сычуань. Дно озеро покрыто стволами упавших деревьев, рассмотреть которые можно во всех подробностях, благодаря кристально чистой воде. Питают озеро подземные источники, тепло которых не позволяет ему замерзать даже в суровые зимы.

Озеро Байкал (Россия). Самое глубокое озеро в мире может похвастать необыкновенно прозрачной водой. Местами можно увидеть дно, расположенное на глубине свыше 30 метров. Особенной чистоты воды Байкала достигают в весенний период.

Озеро Дженни (Вайоминг, США). Водоем сформировался около тысяч лет назад в процессе таяния ледников. Кстати, свое имя озеро получило от индейской девушки, которая замуж за британского первопроходца Ричарда Ли.

Озеро Крейтер (Орегон, США). Это кратерное озеро славится чистой водой и глубоким синим цветом. Озеро образовалось более 7 700 лет назад. Одной из достопримечательностей Крейтера является огромное бревно, которое уже более ста лет вертикально плавает по всей поверхности.

Пляж Бак Бак (остров Борнео). Вода здесь настолько чистая, что видно каждую травинку у водорослей, покрывающих огромные валуны. Этот пляж непопулярен среди туристов, потому что заход в воду очень неудобный. Именно это обстоятельство позволило сохранить воду кристально чистой.

Озеро Машу (Япония). Водоем в национальном парке Акан считается одним из чистейших в мире. Озеро находится у подножья одноименной горы. Прозрачность воды здесь поражает – она достигает более метров. Чтобы туристы могли оценить местные красоты, для них оборудовано над водой несколько смотровых площадок.

Река Тара (Чорногория, Босния и Герцоговина) образуется в горной местности и течет 144 км по территории Черногории, а потом по Боснии и Герцоговине, где сливается с рекой Дрина. Река протекает в самом глубоком карьере Европы, который внесен в список наследия Юнеско.

Затопленная пещера из красного камня (Австралия). Это место очень любят посещать туристы, часами разглядывая самые мелкие камешки на дне довольно глубокого озера. Прозрачность воды несколько уменьшает легкая рябь, возникающая из-за расположенного неподалеку водопада.

Озеро Пейто (Канада). Чистейшее озеро, расположенное в Национальном парке Банф, образовалось в результате таяния ледника на высоте 1860 метров. Одной из «изюминок» озера является тропический бирюзовый цвет воды.

Озеро Восток — это крупное подледное озеро Антарктиды, оно находится под 4-километровым слоем льда. Его примерные размеры 250 на 50 метров, а глубина более 1200 метров. На границе столкновения водной поверхности со льдом, температура воды равняется -3^оС, а вот уже в глубине может достигать 10^оС. Также вода содержит достаточно кислорода, ученые подозревают, что внутри озера могут быть геотермальные источники.

Чистота воды объясняется тем, что много тысячелетий она была изолирована от окружающего мира под слоем льда, по этой причине этот объект может возглавить самые чистые озера в мире.

Новые подземные источники воды обнаружили гидрогеологи в трех районах Якутии — Дальний Восток |

Главные события

20 октября 2022 г. 07:34

Якутск. 20 октября. ИНТЕРФАКС-ДАЛЬНИЙ ВОСТОК — Гидрогеологи в ходе поисковых работ обнаружили новые месторождения подземных вод, которые станут дополнительным источником питьевой воды для жителей нескольких поселений Якутии, сообщает пресс-служба министерства промышленности и геологии республики.

«На поисковых участках пробурены 5 скважин глубиной от 100 до 250 метров. Общий объем найденных подземных вод превышает 1 тыс. кубометров в сутки. Для жителей сел обнаруженные участки станут дополнительным источником необходимой и долгожданной питьевой воды», — приводятся в сообщении слова министра промышленности и геологии Якутии Максима Терещенко.

Уточняется, что речь идет о 5 поселениях Якутии: Эселях, Былыхтах и Кептени Усть-Алданского района, Якокит Алданского района и Тасагар Вилюйского района. В этих селах проживают около 3,5 тыс. человек.

Уже выполнены полевые работы, специалисты проверят в лабораториях качество найденной воды. Завершить все работы планируют до конца года.

Главные события
Глава Якутии поручил завершить строительство онкоцентра в 2023 году
Глава Якутии поручил завершить строительство онкоцентра в 2023 году
Точка зрения
Улучшить процесс селекции
Interfax-Russia. ru — Российские ученые создадут единую базу данных по лошадям якутской породы. Она поможет специалистам в селекционной работе.
Улучшить процесс селекции
Уничтожить опухоль
Interfax-Russia.ru – Приморские ученые создают капсулу-носитель для адресной доставки лекарства от онкологии. Перемещать ее по организму будут с помощью магнитов.
Открыться миру
Interfax-Russia.ru — Китай открывает границы после трехлетнего карантина. Однако туристические визы российским туристам страна пока не выдает.
Исследовать Солнце
Interfax-Russia.ru — Радиогелиограф заработает в 2023 году в составе Национального гелиогеофизического комплекса РАН. Он позволит ученым получать томограмму Солнца.
Виноваты рачки
Interfax-Russia. ru — Ученые раскрыли секрет красной воды в озере Горячее на Кунашире. Такой цвет водоему придавали микроскопические рачки-эндемики острова.

Водоносный горизонт Огаллала: спасение жизненно важного источника воды в США

На высоких равнинах Америки урожай в начале лета простирается до самого горизонта: поле за зеленым полем кукурузы, сорго, соевых бобов, пшеницы и хлопка. Обрамленное необъятным небом, то голубым, то алым, это 800-мильное сельскохозяйственное пространство выглядит так, как будто оно может продолжаться вечно.

Не может.

Водоносный горизонт Огаллала, огромный подземный резервуар, дающий жизнь этим полям, исчезает. В некоторых местах грунтовые воды уже ушли. Это житница Америки — регион, дающий не менее одной пятой всего годового сельскохозяйственного урожая США. Если водоносный горизонт высохнет, с мировых рынков исчезнут продукты питания и волокна на сумму более 20 миллиардов долларов. И ученые говорят, что естественным процессам потребуется 6000 лет, чтобы заполнить водохранилище.

Задача Огаллалы состоит в том, как справиться с потребностями человека в слое воды, раскинувшемся под частями восьми штатов от Южной Дакоты до Техаса. Поскольку землевладельцы стремятся сохранить то, что осталось, они сталкиваются с перетягиванием каната между экономическим ростом и истощением природных ресурсов. То, что здесь происходит — проблемы и решения — является сигналом для остальной части планеты.

Фермеры Высоких Равнин были в блаженном неведении поколение назад, что перед ними уже встала дилемма. В начале 19В 50-х годах, когда Роджер Фанк начал заниматься сельским хозяйством недалеко от Гарден-Сити, штат Канзас, все считали, что вода неиссякаема. «Люди бурили скважины, — говорит он. «Вы можете перекачивать всю воду, которую хотите перекачивать».

Так и сделали. Что изменило все для Фанка, которому сейчас 81 год, так это публичное собрание в конце 1960-х годов в муниципальном колледже Гарден-Сити. Государственные и федеральные геологи, изучавшие, откуда берется вся эта вода, объявили о мрачных выводах. «Они сказали, что это геологическая вода. Когда это ушло, это ушло», — говорит Фанк. «Я помню, как пришел домой и чувствовал себя таким подавленным».

Сегодня его поселок на юге Канзаса, в 180 милях к западу от Уичито, является одним из районов Высоких равнин, наиболее сильно пострадавших от упадка водоносного горизонта. Уровень грунтовых вод упал на 150 футов и более, что вынудило многих фермеров отказаться от своих колодцев. Причина очевидна, говорит Марк Руд, исполнительный директор Района управления подземными водами Юго-Западного Канзаса: чрезмерное использование.

С жидким сокровищем под ногами и глобальным рынком, жаждущим их продукции, фермеры здесь и по всему региону заключили фаустовскую сделку — отказались от долгосрочного сохранения ради краткосрочной выгоды. Чтобы извлечь выгоду из экономических возможностей, землевладельцы сознательно «добывают» ограниченный ресурс.

Решение использовать воду из одного из крупнейших в мире водоносных горизонтов вместо того, чтобы оставлять ее в земле, не является безответственным, говорит Эндрю Стоун, исполнительный директор Американского фонда подземных вод в Конкорде, штат Нью-Гэмпшир. Как уголь или природный газ, подземные воды являются ценным ресурсом. . «Для человечества нет никакой пользы в том, чтобы держать его неиспользованным в холодильнике», — говорит Стоун. Задача состоит в том, чтобы продлить жизнь водоносного горизонта на благо будущих поколений фермеров и тех, кто зависит от их продукции.

Однако в Гарден-Сити суровость обстоятельств уже вынуждает фермеров действовать. По словам Руда, они пытаются решить, как поддерживать успешные сельскохозяйственные операции, полагаясь на все меньше и меньше воды. «Сообщество водопользователей должно понять это», — добавляет он. «Мы так или иначе добьемся устойчивости, но это может быть поддержка экономики без водоносного горизонта Огаллала».

Использование водоносного горизонта
На гидрографической карте Огаллала представляет собой чернильное пятно Роршаха, которое некоторые описывают как форму гриба, а другие — как южноамериканский континент. Миллионы лет назад, когда южные Скалистые горы еще извергали лаву, реки и ручьи прорезали каналы, которые несли каменистые куски гор на восток. Отложения в конце концов покрыли местность и заполнили древние каналы, создав обширные равнины. Вода, пропитывающая погребенный гравий, в основном поступает из исчезнувших рек. Он находился там по меньшей мере три миллиона лет, медленно просачиваясь в насыщенный гравием слой, толщина которого варьируется от более чем 1000 футов на севере до нескольких футов на юго-западе.

До недавнего времени на большей части региона не было постоянных поселений. Племена коренных американцев, которые использовали открытые равнины для сезонной охоты, отступили в речные долины, чтобы разбить свои палатки. Когда в 1541 году испанский конкистадор Франсиско Васкес де Коронадо прошел через город в поисках золотых городов Сиболы, он вел своих закованных в железо людей на грань истощения, так и не подозревая, что вода, способная утолить их сводящую с ума жажду, находится всего в нескольких ярдах под их сапогами. Точно так же перегоны крупного рогатого скота в 1860-х и 1870-х годах рухнули из-за идеальной засухи, чрезмерного выпаса скота и падения цен на мясо. А ранние попытки земледелия страдали от эрозии почвы и циклов засухи, кульминацией которых стал 19 век.Пыльная чаша 30-х годов.

Промышленная добыча водоносного горизонта началась только после Второй мировой войны. Дизельные насосы заменили ветряные мельницы, увеличив производительность с нескольких галлонов в минуту до сотен. В течение следующих 20 лет Высокие равнины превратились из коричневых в зеленые. Количество ирригационных колодцев только в Западном Техасе увеличилось с 1166 в 1937 году до более чем 66 000 в 1971 году. К 1977 году один из беднейших сельскохозяйственных регионов страны превратился в один из самых богатых, что увеличило большую часть национального сельскохозяйственного экспорта и откорма скота. 40 процентов говядины зернового откорма.

Но чудо новой насосной технологии давало о себе знать под прериями. К 1980 году уровень воды по всему региону упал в среднем почти на 10 футов. В центральной и южной частях Высоких равнин некоторые склоны превышали 100 футов. Обеспокоенные государственные чиновники обратились в Геологическую службу США, которая занимается изучением водоносного горизонта с начала 1900-х годов. Вместе со своими коллегами в штате и на местном уровне официальные лица Геологической службы США начали мониторинг более 7000 колодцев, чтобы оценить ежегодные изменения уровня воды.

То, что они обнаружили, вызвало тревогу: ежегодный забор грунтовых вод увеличился в пять раз в период с 1949 по 1974 год. В некоторых местах фермеры отбирали от четырех до шести футов в год, в то время как природа отступала на полдюйма. В 1975 году овердрафт равнялся стоку реки Колорадо. Сегодня водоносный горизонт Огаллала истощается в годовом объеме, эквивалентном 18 рекам Колорадо. Хотя осадки и речные системы подпитывают несколько частей северного водоносного горизонта, в большинстве мест природа не может удовлетворить потребности человека. «У нас есть оптимистичные места. В других местах мы можем увидеть конец», — говорит Дэвид Поуп, который в 1983 по 2007 год главным инженером штата.

Устойчивые решения
Печальные данные, которые он принес домой с той встречи в Гарден-Сити, изменили Фанка. В то время как другие фермеры отреагировали на снижение уровня воды строительством колодцев, Фанк устранил их: «Мы решили перейти на засушливые земли». Сегодня он почти не качает воду на своих 6000 акров, которые в основном засеяны пшеницей и зерновым сорго. Эти культуры, как правило, не такие прибыльные, как кукуруза, но они поддерживают семью Фанка. Чтобы вести хозяйство без грунтовых вод, Функ изменил некоторые свои методы. Вместо того, чтобы вспахивать свои поля после сбора урожая, он оставляет стерню в земле и сажает новый урожай на остатки. Этот метод не только уменьшает эрозию почвы, но также уменьшает испарение и улавливает больше метели, чем голая земля. По словам ученых, оставление растительных остатков на поле может уменьшить потерю влаги на один дюйм или более осадков в год. Funk стремится запечатлеть каждый бит из 18 дюймов осадков, выпадающих на юго-западе Канзаса. «Надо», — говорит. — Это все, что у нас здесь есть.

Фанк является частью небольшого, но устойчивого движения по избавлению от зависимости от грунтовых вод. Научная уверенность в упадке Огаллалы подстегнула интерес к сохранению во всем регионе. Исследователи разрабатывают менее требовательные к жажде культуры, в том числе засухоустойчивую кукурузу. Их цель — сократить количество воды, требуемой посевам кукурузы, как минимум на 10 процентов, — говорит Вэньвэй Сюй, научный сотрудник Texas A&M. Инициатива Огаллала, проект Министерства сельского хозяйства США, финансирует исследования, направленные на то, чтобы сделать сельскохозяйственную промышленность и зависящие от нее сельские сообщества более устойчивыми. Ежегодные ассигнования Конгресса в размере 3,6 миллиона долларов поддерживают исследования, начиная от методов орошения и управления осадками и заканчивая операциями на откормочных площадках.

На исследовательской станции Министерства сельского хозяйства США недалеко от Амарилло, штат Техас, ученые собирают данные, которые побуждают Фанка и других фермеров использовать методы низкой или нулевой обработки почвы (например, оставлять пожнивные остатки для разложения), говорит Нолан Кларк, директор станции и агроинженер. Другие проекты направлены на то, чтобы привнести высокие технологии домой. Инженеры установили 16 беспроводных инфракрасных датчиков на рычаге центральной круговой системы, используемой для орошения хлопка на исследовательском участке. Датчики откалиброваны для измерения температуры листьев, что позволяет растениям самим сообщать управляемому компьютером ирригационному оборудованию, когда они испытывают жажду. При научно определенном пороге разбрызгиватели включаются автоматически. По словам Кларка, поскольку эти роботизированные системы орошения подают воду только тогда, когда это необходимо, на тестовых полях они экономят два дюйма на урожай за сезон.

Эвапотранспирация — это еще один способ взаимодействия растений с высокотехнологичными оросительными системами. Исследователи разрабатывают оборудование, которое использует лазеры для измерения турбулентности, вызванной тепловыми волнами над посевами. Чем сильнее турбулентность, тем больше воды нужно растениям. Лазерное оборудование в конечном итоге будет оценивать суточную скорость эвапотранспирации в региональном масштабе. Они будут размещены в Интернете, предоставляя фермерам информацию, которую они могут использовать для настройки орошения в соответствии с потребностями своих культур.

Такие устройства могут не экономить огромное количество воды, но в Западном Техасе, где Огаллала быстро истощается, они имеют решающее значение. Экономия от 10 до 15 процентов на культуру за сезон, распределенная на миллионы акров — «это значительный объем воды», — говорит Кларк. «Возможно, мы не сделаем водоносный горизонт устойчивым, но мы можем дать ему еще 100 лет».

Новые требования
Тем не менее, даже по мере того, как эти инновации переходят от экспериментальных участков к производственным полям, повышение эффективности может быть компенсировано новыми требованиями к подземным водам. Биотопливо — это последний соблазн выращивать кукурузу, которая приносит более высокую прибыль, но требует больше воды, чем большинство других культур. Планы удвоить количество предприятий по производству этанола в регионе Хай-Плейнс побуждают фермеров увеличивать производство кукурузы, несмотря на и без того скудные грунтовые воды. Согласно отчету Фонда защиты окружающей среды (EDF), для этого может потребоваться до 120 миллиардов дополнительных галлонов воды Огаллала ежегодно.

Растущее население региона Великих Равнин также требует больше муниципальной воды из единственного доступного источника: водоносного горизонта. Т. Бун Пикенс, миллиардер-нефтяник и недавний сторонник альтернативной энергетики, входит в число предпринимателей, вышедших на рынок бытовой воды. Техасский закон, предоставляющий землевладельцам неограниченные права на воду под их собственностью, позволяет Пикенсу продавать подземные воды со своего ранчо Меса Виста площадью 24 000 акров в техасском попрошайничестве таким мегаполисам, как Даллас и Эль-Пасо. Трубопровод протяженностью 654 мили, который он планирует построить до Эль-Пасо, будет стоить 2,1 миллиарда долларов. Но с продажей воды по цене более 1000 долларов за акр-фут прибыль ждет своего часа.

Над этими новыми потребностями в ограниченном водоснабжении Огаллалы нависло изменение климата. Хотя количество осадков в Небраске в северной части водоносного горизонта, вероятно, увеличится, ученые прогнозируют, что в южных частях региона выпадет даже меньше 16 дюймов годового количества осадков, которые они получают сейчас.

Перед лицом этих комбинированных требований к уже переполненному водоносному горизонту многие водопользователи Высоких Равнин присоединяются к Фанк в переоценке своего будущего. Независимо от того, насколько эффективно они ее используют, они знают, что грунтовые воды в конечном итоге исчезнут, оставив их, их сообщества и большую часть региона высоко и без воды. Как и Фанк, они начинают строить планы на время, когда Огаллала не сможет удовлетворить их экономические потребности. Некоторые производители присоединяются к Funk и переходят к земледелию в засушливых районах, выращивая пшеницу и другие культуры, не требующие орошения. В восточном Колорадо фермеры сажают выносливые подсолнухи, которым требуется на 30 процентов меньше воды, чем кукурузе.

Другие фермеры обращаются к местным пастбищам в поисках экономической альтернативы. До прибытия европейских поселенцев миллиарды акров травы, покрывавшей Высокие равнины, были домом для вилорогих антилоп и быстрых лисиц, малых степных кур и роющих сов, а также буйволов. Голубая грама, зеленая игольчатая трава и другие засухоустойчивые растения процветали в течение короткого вегетационного периода. Более половины этих естественных пастбищ были преобразованы в сельскохозяйственные угодья, в том числе почти 25 миллионов акров с 19 века.82, согласно исследованию Главного бухгалтерского управления 2007 года.

Возвращение на пастбища может стать потенциальным источником дохода, говорит Эми Хардбергер, поверенный EDF в Остине, штат Техас. истощения подземных вод. Помимо обеспечения среды обитания для диких животных, на пастбищах может пастись крупный рогатый скот или даже буйволы. Охота, экотуризм и «ранчо для чуваков» — другие потенциальные источники дохода от пастбищ. И как только будет создан национальный углеродный рынок, фермеры смогут продавать кредиты на хранение углерода в пастбищной почве. «Это трудная группа людей, — говорит Хардбергер, чей дедушка выращивал хлопок недалеко от Лаббока, штат Техас. — Они не хотят покидать свою землю — и им не следует этого делать».

Несколько программ федерального правительства предусматривают экономические стимулы для сохранения существующих пастбищ, признавая их роль в уменьшении эрозии, связывании углерода и создании среды обитания для малых степных кур и других исчезающих видов. Но эти программы часто работают вразрез с федеральными стимулами поддержки цен для производства кукурузы и других товаров. Субсидии на выращивание сельскохозяйственных культур, как правило, выше, чем субсидии на сохранение пастбищ, что упрощает выбор для большинства производителей.

Противоречия в этих федеральных программах отражают двойственное отношение Америки к водоносному горизонту Огаллала. В конце концов, стране понадобится стратегия, чтобы покончить с зависимостью от этого ограниченного ресурса, говорит Стоун, исполнительный директор Groundwater Trust. Но пока на большей части Высоких Равнин все идет своим чередом: бурение и откачка воды, орошение и выращивание сельскохозяйственных культур, как будто эпоха Огаллалы никогда не закончится.

Для Фанка в Гарден-Сити уже есть. Используя технологии и дальновидность, он превратил свою ферму в бизнес, который, по его мнению, может продолжаться в далеком будущем, не опустошая Огаллалу. «Навсегда? Мы на это надеемся», — говорит он. — Это было нашей целью.

Примечание. Первоначально эта статья была напечатана под названием «Спасение водоносного горизонта Огаллала».

Эта статья изначально была опубликована под названием «Спасение водоносного горизонта Огаллала» в специальных выпусках SA 19, 1s, 32-39 (март 2009 г. )

doi:10.1038/scientificamericanearth0309-32

может быть тысячи лет

Сообщества, зависящие от реки Колорадо, сталкиваются с водным кризисом. Озеро Мид, крупнейшее водохранилище реки, упало до уровня, невиданного с тех пор, как оно было создано в результате строительства плотины Гувера примерно столетие назад. Аризона и Невада сталкиваются с первыми в истории обязательными отключениями воды, в то время как вода сбрасывается из других водохранилищ, чтобы поддерживать работу гидроэлектростанций на реке Колорадо.

Если даже могучий Колорадо и его водоемы не застрахованы от жары и засухи, усугубляемых изменением климата, откуда Западу взять воду?

Есть один скрытый ответ: под землей.

По мере того, как повышение температуры и засуха приводят к высыханию рек и таянию горных ледников, люди все больше зависят от воды под ногами. Ресурсы подземных вод в настоящее время обеспечивают питьевой водой почти половину населения мира и примерно 40% воды, используемой для орошения во всем мире.

Чего многие люди не понимают, так это того, насколько стара и уязвима большая часть этой воды.

Большая часть воды, хранящейся под землей, находилась там десятилетиями, и большая ее часть находилась сотни, тысячи или даже миллионы лет. Старые подземные воды, как правило, находятся глубоко под землей, где на них меньше влияют поверхностные условия, такие как засуха и загрязнение.

По мере того, как более мелкие колодцы высыхают под давлением городского строительства, роста населения и изменения климата, старые подземные воды становятся все более важными.

Питьевая древняя подземная вода

Если бы вы откусили кусок хлеба, которому 1000 лет, вы, вероятно, заметили бы.

Вода, пролежавшая под землей тысячу лет, тоже может иметь разный вкус. Он выщелачивает природные химические вещества из окружающей породы, изменяя ее минеральный состав. Некоторые естественные загрязнители, связанные с возрастом грунтовых вод, такие как литий, улучшающий настроение, могут иметь положительный эффект. Другие загрязняющие вещества, такие как железо и марганец, могут вызывать проблемы.

Старые подземные воды иногда слишком соленые, чтобы их можно было пить без дорогостоящей обработки. Эта проблема может усугубляться вблизи побережья: избыточная откачка создает пространство, которое может засасывать морскую воду в водоносные горизонты и загрязнять питьевые источники.

Временные шкалы течения подземных вод через разные слои.
Геологическая служба США

Для естественного восполнения древних подземных вод могут потребоваться тысячи лет. И, как в Калифорнии во время засухи 2011–2017 годов, естественные подземные хранилища сжимаются по мере их опустошения, поэтому они не могут быть заполнены до прежней емкости. Это уплотнение, в свою очередь, приводит к тому, что земля наверху трескается, изгибается и тонет.

Тем не менее, люди сегодня бурят более глубокие скважины на Западе, поскольку засухи истощают поверхностные воды, а фермы все больше зависят от грунтовых вод.

Что означает, что вода «старая»?

Представим себе ливень над центральной Калифорнией 15 000 лет назад. Когда шторм бушует над нынешним Сан-Франциско, большая часть дождя выпадает в Тихий океан, где в конечном итоге испаряется обратно в атмосферу. Однако некоторое количество дождя также выпадает в реки и озера и на сушу. По мере того, как этот дождь просачивается сквозь слои почвы, он медленно попадает в «протоки» подземных вод.

Некоторые из этих троп ведут все глубже и глубже, где вода скапливается в расщелинах скалы на сотни метров под землей. Вода, собранная в этих подземных хранилищах, в некотором смысле отрезана от активного круговорота воды — по крайней мере, в масштабах времени, имеющих отношение к жизни человека.

В засушливой Центральной долине Калифорнии большая часть доступной древней воды была выкачана из-под земли, в основном для нужд сельского хозяйства. В то время как время естественного пополнения составляет порядка тысячелетий, сельскохозяйственные просачивания частично пополнили некоторые водоносные горизонты более новой — слишком часто загрязненной — водой. Фактически, такие места, как Фресно, сейчас активно пополняют водоносные горизонты чистой водой (например, очищенными сточными водами или ливневыми водами) в процессе, известном как «управляемое пополнение водоносных горизонтов».

Среднее время оборота подземных вод в США.
Алан Зельцер, на основе данных Befus et al 2017, CC BY-ND

В 2014 году, в разгар сильнейшей засухи в современной памяти, Калифорния стала последним западным штатом, принявшим закон, требующий местных планов обеспечения устойчивости подземных вод. Подземные воды могут быть устойчивы к аномальной жаре и изменению климата, но если вы будете использовать их все, у вас будут проблемы.

Один ответ на потребность в воде? Сверлить глубже. И все же этот ответ не является устойчивым.

Во-первых, это дорого: крупные сельскохозяйственные компании и фирмы по добыче лития, как правило, относятся к типу инвесторов, которые могут позволить себе бурить достаточно глубоко, в то время как небольшие сельские общины не могут.

Во-вторых, когда вы откачиваете древние подземные воды, водоносным горизонтам нужно время, чтобы наполниться. Пути течения могут быть нарушены, что приведет к перекрытию естественного водоснабжения источников, водно-болотных угодий и рек. Между тем, изменение давления под землей может дестабилизировать землю, вызывая ее опускание и даже приводя к землетрясениям.

Откачка ускоряет приток грунтовых вод к колодцу, доставляя растворенные химические вещества.
Геологическая служба США

В-третьих, это загрязнение: глубокие, богатые минералами древние подземные воды часто чище и безопаснее для питья, чем более молодые, неглубокие подземные воды, чрезмерная откачка может изменить это. Поскольку маловодные регионы в большей степени зависят от глубоких грунтовых вод, чрезмерная откачка снижает уровень грунтовых вод и откачивает загрязненную современную воду, которая может смешиваться с более старой водой. Это смешивание приводит к ухудшению качества воды, что приводит к потребности в еще более глубоких колодцах.

Чтение истории климата в древних подземных водах

Есть и другие причины заботиться о древних подземных водах. Как и настоящие окаменелости, очень старые «ископаемые подземные воды» могут рассказать нам о прошлом.

Снова представьте наш доисторический ливень: 15 000 лет назад климат сильно отличался от сегодняшнего. Химические вещества, которые растворялись в древних грунтовых водах, можно обнаружить и сегодня, открывая окна в мир прошлого. Определенные растворенные химические вещества действуют как часы, сообщая ученым о возрасте подземных вод. Например, мы знаем, как быстро распадаются растворенные углерод-14 и криптон-18, поэтому мы можем измерить их, чтобы рассчитать, когда вода в последний раз взаимодействовала с воздухом.

Более молодые подземные воды, исчезнувшие под землей после 1950-х годов, имеют уникальную рукотворную химическую сигнатуру: высокие уровни трития в результате испытаний атомной бомбы.

Различные компоненты и свойства безнапорного водоносного горизонта.
Геологическая служба США

Другие растворенные химические вещества ведут себя как крошечные термометры. Благородные газы, такие как аргон и ксенон, например, растворяются больше в холодной воде, чем в теплой, при точно известной температурной кривой. Как только подземные воды изолированы от воздуха, растворенные благородные газы мало что делают. В результате они сохраняют информацию об условиях окружающей среды в то время, когда вода впервые просачивалась в недра.

Концентрации инертных газов в ископаемых подземных водах позволили нам получить одни из самых надежных оценок температуры на суше во время последнего ледникового периода. Такие результаты дают представление о современном климате, в том числе о том, насколько чувствительна средняя температура Земли к углекислому газу в атмосфере. Эти методы поддерживают недавнее исследование, которое показало, что при каждом удвоении содержания углекислого газа происходит потепление на 3,4 градуса Цельсия.

Прошлое и будущее подземных вод

Люди в некоторых регионах, например в Новой Англии, годами пьют древнюю подземную воду, практически не рискуя исчерпать пригодные для использования запасы. Регулярные осадки и разнообразные источники воды, в том числе поверхностные воды в озерах, реках и снежный покров, служат альтернативой грунтовым водам, а также пополняют водоносные горизонты новой водой. Если водоносные горизонты могут удовлетворить спрос, вода может использоваться устойчиво.

Однако на Западе более века неуправляемого и чрезмерного использования воды означает, что некоторые из мест, наиболее зависящих от подземных вод – засушливые регионы, уязвимые для засухи – растратили древние водные ресурсы, которые когда-то существовали под землей.

Как использование и пополнение водных ресурсов вписываются в гидрологический цикл.
штат Калифорния

Известный прецедент этой проблемы находится на Великих равнинах.