Cameron Merritt
0 
3555
97
Warstwy wodonośne to podziemne warstwy skał nasyconych wodą, którą można wydobyć na powierzchnię naturalnymi źródłami lub pompując.
Wody podziemne zawarte w warstwach wodonośnych są jednym z najważniejszych źródeł wody na Ziemi: około 30 procent naszej ciekłej wody słodkiej to wody podziemne, według National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Reszta znajduje się na powierzchni w strumieniach, jeziorach, rzekach i mokradłach. Większość słodkiej wody na świecie - około 69 procent - jest zamknięta w lodowcach i czapach lodowych. Witryna U.S. Geological Survey zawiera mapę ważnych warstw wodonośnych w sąsiednich Stanach Zjednoczonych.
Wody gruntowe można znaleźć w wielu różnych typach skał, ale najbardziej produktywne warstwy wodonośne znajdują się w porowatych, przepuszczalnych skałach, takich jak piaskowiec, lub w otwartych jamach i jaskiniach wapiennych warstw wodonośnych. Wody gruntowe łatwiej przemieszczają się przez te materiały, co pozwala na szybsze pompowanie i inne metody wydobywania wody. Warstwy wodonośne można również znaleźć w regionach, w których skała jest wykonana z gęstszego materiału - takiego jak granit lub bazalt - jeśli ta skała ma pęknięcia i spękania.
„Warstwy wodonośne mają wiele kształtów i rozmiarów, ale tak naprawdę są zamkniętym, podziemnym zbiornikiem wody” - powiedział Steven Phillips, hydrolog z US Geological Survey (USGS) w Sacramento w Kalifornii..
Gęsty, nieprzepuszczalny materiał, taki jak glina lub łupek łupkowy, może działać jako „aquitard”, tj. Warstwa skały lub innego materiału, który jest prawie nieprzepuszczalny dla wody. Przez taki materiał może przepływać woda gruntowa, będzie to robić bardzo wolno (jeśli w ogóle). Uskoki lub góry mogą również blokować ruch słodkich wód gruntowych, podobnie jak ocean, powiedział Phillips.
Akwitard może uwięzić wodę gruntową w warstwie wodonośnej i stworzyć studnię artezyjską. Kiedy woda gruntowa przepływa pod warstwą wodonośną z wyższego obszaru na niższy poziom, na przykład ze zbocza górskiego do dna doliny, ciśnienie na wodę gruntową może być wystarczające, aby wypchnąć wodę ze studni, która jest wywiercona w tej warstwie wodonośnej. Takie studnie są nazywane studniami artezyjskimi, a warstwy wodonośne, do których się włączają, nazywane są artezyjskimi lub ograniczonymi warstwami wodonośnymi..
Jak porusza się woda gruntowa
Kiedy nowa woda powierzchniowa dostanie się do warstwy wodonośnej, „zasila” wodę gruntową. Doładowanie ma miejsce głównie w pobliżu gór, a woda gruntowa zwykle spływa w dół ze zboczy gór w kierunku strumieni i rzek pod wpływem siły grawitacji, powiedział Phillips. W zależności od gęstości skał i gleby, przez które przepływa woda gruntowa, może pełzać tak wolno, jak kilka centymetrów w ciągu stulecia, zgodnie z danymi organizacji Environment Canada. Na innych obszarach, gdzie skały i gleba są luźniejsze i bardziej przepuszczalne, woda gruntowa może przemieszczać się o kilka stóp dziennie.
Woda w warstwie wodonośnej może znajdować się pod powierzchnią Ziemi przez wiele stuleci: hydrolodzy szacują, że woda w niektórych warstwach wodonośnych ma ponad 10000 lat (co oznacza, że spadła na powierzchnię Ziemi w postaci deszczu lub śniegu około 6000 lat przed Wielką Piramidą Egiptu) Giza). Najstarsza woda gruntowa, jaką kiedykolwiek znaleziono, została odkryta 2 mile (2,4 km) głębokości w kanadyjskiej kopalni i uwięziona tam między 1,5 a 2,64 miliarda lat temu.
Ale im głębiej wykopuje się wodę, tym bardziej słony staje się płyn, powiedział Phillips. „Wody gruntowe mogą być bardzo, bardzo głębokie, ale ostatecznie jest to solanka” - powiedział. „W przypadku wód słodkich głębokości są bardzo ograniczone”.
Duża część wody pitnej, od której zależy społeczeństwo, znajduje się w płytkich warstwach wodonośnych. Na przykład Ogallala Aquifer - rozległy zbiornik wód podziemnych o powierzchni 174 000 mil kwadratowych (450 000 kilometrów kwadratowych) - dostarcza prawie jedną trzecią rolniczych wód gruntowych w Ameryce, a ponad 1,8 miliona ludzi polega na wodonie Ogallala jako wody pitnej..
Podobnie w Teksasie prawie 60 procent wody pochodzi z wód gruntowych; na Florydzie wody gruntowe dostarczają ponad 90% słodkiej wody w stanie. Ale te ważne źródła słodkiej wody są coraz bardziej zagrożone.
Zagrożenia dla warstw wodonośnych
Według badań przeprowadzonych w 2013 roku przez Kansas State University, do 2010 roku około 30 procent wód podziemnych Ogallala Aquifer zostało pobranych. Niektóre części warstwy wodonośnej Ogallala są teraz suche, a poziom wód gruntowych obniżył się o ponad 300 stóp w innych obszarach. Badanie wykazało, że ponad dwie trzecie wód gruntowych w tej warstwie wodonośnej Ogalalla może zostać odprowadzone w ciągu następnych kilku dekad..
„Poziom wody właśnie się obniżał, obniżał, obniżał” - powiedział Phillip. „Wiele z tego systemu było ładowanych 10 000 lat temu podczas ostatniego zlodowacenia, a tym, co teraz robimy, jest wydobywanie wody. Wydobywamy starą wodę, której nie można uzupełniać”.
Ten sam problem występuje coraz częściej na całym świecie, zwłaszcza na obszarach, na których szybko rosnąca populacja stwarza większe zapotrzebowanie na ograniczone zasoby warstwy wodonośnej - pompowanie może w tych miejscach przekraczać zdolność tej warstwy wodonośnej do uzupełniania zasobów wody gruntowej.
Gdy pompowanie wód gruntowych powoduje obniżenie się lustra wody, wówczas poziom wód gruntowych może spaść tak nisko, że znajduje się poniżej głębokości studni. W takich przypadkach studnia „wysycha” i nie można usunąć wody, dopóki wody gruntowe nie zostaną ponownie napełnione - co w niektórych przypadkach może zająć setki lub tysiące lat.
Kiedy grunt tonie w wyniku pompowania wód gruntowych, nazywa się to osiadaniem. Według NASA, która wykorzystuje dane satelitarne do śledzenia osiadań, w południowej Dolinie San Joaquin w Kalifornii, gdzie rolnicy wykorzystują studnie do nawadniania, powierzchnia lądu osiadła na 28 stóp (8,5 metra) między 1920 a 1970 rokiem..
„Osiadanie gruntu jest zagrożeniem dla warstw wodonośnych, a także dla infrastruktury na powierzchni” - powiedział Phillips.
Oprócz poziomu wód gruntowych, jakość wody w warstwie wodonośnej może być zagrożona przez wtargnięcie słonej wody (szczególny problem na obszarach przybrzeżnych), zanieczyszczenia biologiczne, takie jak obornik lub zrzut szamba, oraz przemysłowe chemikalia, takie jak pestycydy lub produkty ropopochodne. Zanieczyszczona warstwa wodonośna jest niezwykle trudna do naprawienia.
Dodatkowe zasoby:
- U.S. Water Monitor to codzienny raport o stanie wody, który podsumowuje federalne informacje o wodzie.
- USGS dostarcza informacji na temat jakości wody w warstwach wodonośnych w USA.
- Interaktywna mapa ogólnokrajowych danych wodnych USGS National Water Information System.
Ten artykuł został zaktualizowany 17 października 2018 r. Przez Associate Editor, Tia Ghose.