Czym jest warstwa wodonośna?

Warstwę wodonośną można zdefiniować jako obszar podziemnej skały, który jest w stanie zatrzymać przepływ wody. Kiedy warstwy wodonośne znajdują się pod ziemią, można zauważyć, że zatrzymują wodę, która przedostała się do gruntu. Utkwiona tam woda, która mogła pochodzić z deszczu lub topniejącego śniegu, spływa z góry, zatrzymując się dopiero wtedy, gdy dociera do nieprzepuszczalnych skał. W rezultacie nie może ona przedostać się już nigdzie indziej.

Najłatwiejszym sposobem zrozumienia lub wyobrażenia sobie warstwy wodonośnej jest wyobrażenie sobie piaszczystej plaży. Teraz wyobraź sobie, że kopiesz łopatą przt brzegu. Bardzo szybko dotarłbyś do obszaru mokrego piasku pod suchą powierzchnią, prawda? Cóż, ten obszar można traktować jako ilustrację warstwy wodonośnej.

Jaki mamy z niej użytek?

Warstwy wodonośne dzielą się na dwie kategorie. Pierwsza to nieograniczona warstwa wodonośna, zwieńczona skałami, przez które może przepływać ciecz. Te zwykle nie są wypełnione wodą, która po prostu przez nie spływa. Za to ograniczona warstwa wodonośna leży między dwoma bardziej nieprzepuszczalnymi płytami skalnymi. Warstwa ta ,magazynuje wodę, która mogła tam dotrzeć z innej warstwy wodonośnej, na przykład po spłynięciu z jeziora lub rzeki.

Dostęp do wody zawartej w warstwach wodonośnych możliwy jest również poprzez wykorzystanie studni. Warstwy wodonośne są więc naszymi przyjaciółmi już od wieków. Jednak w niektórych przypadkach mogą się one łatwo wyczerpać. Takiej wodzie grożą też zanieczyszczenia spowodowane działalnością ludzi.

Trochę geografii

Znanym przykładem dużej warstwy wodonośnej jest Wielki Basen Artezyjski, który leży 660 000 mil kwadratowych (1709,39 km²) pod powierzchnią Australii. Jest on najdłuższym i najgłębszym ze wszystkich basenów tego typu na świecie. Wielki Basen Artezyjski zaopatruje w wodę znaczną część Australii. Obszary takie jak Queensland są szczególnie uzależnione od dostaw z tego źródła.

Niezwykle ważną sieć warstw wodonośnych można również znaleźć na wschodniej Saharze w Afryce (oczywiście pod ziemią). Jest to tzw. Nubian Sandstone Aquifer System (NSAS), który leży w granicach kilku państw: Czadu, Sudanu, Egiptu i Libii.

Na pomoc potrzebującym

Warstwy wodonośne znajdujące się pod powierzchnią ziemi, takie jak NSAS czy Wielki Basen Artezyjski, są ważnymi źródłami wody dla ludzi. Jeśli kiedykolwiek ich zabraknie, będzie to miało katastrofalne skutki. Wiele obszarów na całym świecie mogłoby zmagać się z ogromną suszą.

Przewiduje się, że niewystarczające zaopatrzenie w wodę będzie jednym z najbardziej krytycznych problemów ekologicznych w najbliższej przyszłości. Kwestie takie jak wzrost liczby ludności, zmiany klimatu i przemysł, mogą potencjalnie pogorszyć sytuację. Wielu milionom ludzi już teraz bardzo trudno jest uzyskać czystą wodę.

Ocalić miliony

Każde odkrycie nowego źródła wody pitnej na naszej planecie ma potencjalnie ogromne znaczenie. Kiedy więc eksperci ogłosili w 2013 r., że pod ziemskimi oceanami istnieją ogromne zasoby słodkiej wody, był to niezaprzeczalnie powód do radości. Zwłaszcza, że ​​sugerowano, że kwestie te są bardziej znaczące niż wszystko, do czego mieliśmy dostęp w ostatnim czasie.

Dr Vincent Post, który był mocno zaangażowany w badania warstw wodonośnych, podkreślił potencjał tych zasobów wodnych. „Objętość tego zasobu wodnego jest sto razy większa niż ilość wody, którą wydobyliśmy z podglebia Ziemi w ostatnim stuleciu od 1900 roku” – powiedział w grudniu 2013 r., według News Atlas . „Nasze badania pokazują, że świeże i słonawe warstwy wodonośne pod dnem morskim są w rzeczywistości dość powszechnym zjawiskiem”.

Ogromne liczby

W rzeczywistości eksperci sugerują, że w tych ukrytych zapasach można znaleźć około 120 000 mil sześciennych wody (500 182 kilometrów sześciennych). Uważa się również, że sama woda zawiera niski poziom soli. Oznacza to, że można ją stosunkowo łatwo przekształcić tak, by nadawała się do spożycia przez ludzi.

Jak to się stało?

Uważa się, że te wcześniej ukryte zapasy powstały, gdy poziom oceanów na Ziemi był niższy niż obecnie. Około 20 000 lat temu czapy polarne planety zaczęły topnieć, w wyniku czego poziom mórz się podniósł. Ale później słodka woda pozostała uwięziona pod nowymi oceanami, w potrzasku między warstwami osadów i skał.

Dr Post dodał również, że deszcz odegrał pewną rolę. „Kiedy padał deszcz, woda wsiąkała w ziemię i wypełniła w ten sposób poziom wód gruntowych w obszarach, które obecnie znajdują się pod powierzchnią morza” – powiedział. „Działo się to na całym świecie. W końcu poziom mórz podniósł się, gdy pokrywy lodowe zaczęły się topić około 20 000 lat temu.”

Niebezpieczeństwa

Podczas gdy warstwy wodonośne pod oceanami są porównywalne z tymi pod ziemią, uzyskanie do nich dostępu może oczywiście okazać się trudniejsze niż w innych przypadkach. „Istnieją dwa sposoby uzyskania dostępu do tej wody” – zasugerował dr Post. „Można zbudować platformę na morzu i przewierć dno morskie. Lub wiercić z lądu lub pobliskich wysp.”

Dr Post podkreślił jednak, jak ważne jest, aby działalność człowieka nie zanieczyściła przypadkiem tej skarbnicy wody pitnej. Mogłoby to nastąpić na przykład w wyniku wydobywania ropy naftowej. Jeśli jednak warstwy wodonośne są odpowiednio konserwowane, mogą potencjalnie stanowić klucz do uniknięcia bezpośredniego zagrożenia globalną suszą.

Ogromne ilości życiodajnej cieczy

Sugerowano, że warstwy wodonośne mogą leżeć pod oceanami na całym świecie. W czerwcu 2019 r. u wybrzeży Stanów Zjednoczonych zaczęły pojawiać się doniesienia o potencjalnie rozległej warstwie wodonośnej. Uważa się, że warstwa wodonośna, o której mowa, rozciąga się na około 50 mil (80 km) od wybrzeża Massachusetts aż do New Jersey.

Zaproponowano, że może to być nawet najważniejsza warstwa wodonośna, jaką dotąd odkryto pod powierzchnią oceanu. Dla porównania, gdyby warstwa wodonośna była jeziorem na powierzchni Ziemi, byłaby szóstym co do wielkości na świecie. W końcu mierzy około 15 000 mil kwadratowych (38849,822 km²).

Początki badań

Początkowe wskazania, że ​​warstwa wodonośna znajdowała się na tym obszarze, pochodzą sprzed ponad 40 lat. W latach siedemdziesiątych ludzie wiercący na tym obszarze w poszukiwaniu ropy czasami znajdowali świeżą wodę w oceanie. Jednak w tamtym czasie nie było jasne, czy te przypadki wskazywały na coś bardziej znaczącego.

Kilka lat później geofizyk Kerry Key przyczynił się do opracowania innowacyjnych metod poszukiwania ropy. Jego podejście polegało na wykorzystaniu obrazowania elektromagnetycznego do eksploracji dna morskiego. W końcu jednak Key zaczął rozważać pomysł, że jego techniki można również wykorzystać do znalezienia rezerw słodkiej wody.

Rejs badawczy

Tak więc w 2015 roku Key i kolega z WHOI, Rob L. Evans, wyruszyli w rejs. Wraz z kilkoma innymi kolegami, para zaczęła badać wody od New Jersey po Massachusetts. W końcu grupa ekspertów doszła do wniosku, że pod dnem oceanu znajduje się ogromna warstwa wodonośna.

W badaniach uczestniczyła również doktorantka Uniwersytetu Columbia, Chloe Gustafson.„Wiedzieliśmy, że w odosobnionych miejscach jest słodka woda, ale nie znaliśmy jej całego zasięgu ani geometrii” – powiedziała w czerwcu 2019 roku, według Fox News . „Może stać się ważnym zasobem w innych częściach świata”.

Źródło źródeł

Naukowcy zaangażowani w badania twierdzili później, że ta konkretna warstwa wodonośna powstała w wyniku topnienia lodowców. „Poziomy mórz były znacznie niższe [podczas ostatniej epoki lodowcowej], odsłaniając znaczną część tego, co jest obecnie podmorskim szelfem kontynentalnym Stanów Zjednoczonych”, powiedziano w Columbia University w komunikacie prasowym.

„Kiedy lód się stopił, osady utworzyły ogromne delty rzeczne na szczycie półki, a słodka woda została tam uwięziona w rozproszonych kieszeniach. Później poziom mórz się podniósł.

Efekt gąbki

Eksperci twierdzą również, że warstwa wodonośna jest utrzymywana przez proces zwany przepływem lądowym, ponieważ woda przepływa po powierzchni Ziemi.

Według Keya, kiedy woda deszczowa przepływa przez wybrzeże, siły pływowe mogą wysłać ją do morza. Aby to zilustrować, przedstawił analogię do wody przemieszczającej się do środka gąbki, gdy jest ściskana.

Zaskakująco czyste źródło

Uważa się, że woda w warstwie wodonośnej u wybrzeży Stanów Zjednoczonych jest tym chłodniejsza, im bliżej lądu się znajduje. Uważa się jednak, że w miarę przemieszczania się do morza, miesza się ona z wodą morską. W rzeczywistości zespół zasugerował, że woda w pobliżu wybrzeża jest tak czysta jak świeża woda z innych źródeł lądowych.

Jednak nawet najbardziej słona woda na drugim końcu warstwy wodonośnej może zostać oczyszczona, aby nadawała się do picia. A to może okazać się ważnym sposobem pozyskiwania nowych źródeł czystej wody. „Prawdopodobnie nie musimy tego robić w tym regionie” – powiedział Key. „Ale jeśli możemy pokazać, że w innych regionach istnieją duże warstwy wodonośne, może to stanowić ważny zasób w krajach potrzebujących”.

Jak się pozbyć soli?

Jednak Key i jego współpracownicy podobno chcą rozszerzyć swoje badania na ten temat. Być może ich przyszłe odkrycia mogą przyczynić się do odkrycia podobnych warstw wodonośnych w innych miejscach. Przykłady, takie jak Afryka Saharyjska, południowa Kalifornia i Australia, zostały wymienione jako możliwe lokalizacje do znalezienia sporych warstw wodonośnych.

Jednak woda znajdująca się w warstwach wodonośnych poniżej dna morskiego nadal wymaga uzdatniania, aby nadawała się do picia. Jednak byłby to prawdopodobnie prostszy i wydajniejszy proces niż usuwanie soli z czystej wody morskiej. Dr Vincent Post, jeden z naukowców, który w 2013 roku stwierdził, że słodka woda znajduje się pod licznymi dnami morskimi, rozwinął ten pomysł.

Zachowajmy ostrożność

„Słodka woda pod dnem oceanu jest znacznie mniej słona niż woda morska”, powiedział dr Post w rozmowie z VOA w 2013 r. „Oznacza to, że można ją przekształcić w wodę pitną przy mniejszym zużyciu energii, niż przy odsalaniu wody morskiej. Pozostawiłoby nam to również znacznie mniej wody hipersalinowej”.

Jest więc możliwe, że warstwy wodonośne pod oceanem mogą pomóc złagodzić globalny kryzys wodny. Ale te źródła nie są nieskończone, jak podkreśla dr Post. „Musimy ich używać ostrożnie” – ostrzegł. „Kiedy znikną, nie wrócą, dopóki poziom mórz ponownie nie spadnie, co prawdopodobnie nie nastąpi przez długi czas”.