Откуда под землей вода: Откуда под землей появляется вода. Как пополняются подземные источники воды

Источники появления воды под землей

На школьных уроках окружающего мира мы сталкивались с таким понятием как круговорот воды в природе. В процессе этого круговорота часть воды задерживается под землей. После дождя вода попадает в песчаные, галечные, гравелистые грунты. Вода проходит фильтрационный цикл и задерживается в некоторых слоях почвы, натолкнувшись на водоупор. 

Водоупор — это почвенный слой плотной консистенции, за счет которой задерживается основной поток воды. Сам процесс попадания воды в определенные слои почвы называется инфильтрацией или инфильтрационный путь образования подземных вод.

К примеру:

1. Сквозь песчаный слой вода проходит за месяц порядка 60 погонных метров.
2. А через глину аналогичный объем воды проходит уже за 90 лет!

Грунтовые воды

Как описывалось выше, просачиваясь через песчаные почвы, вода тормозится водоупором и начинает накапливаться. Появляется водоносный горизонт. Самый первый такой водоносный горизонт, образовавшийся над ближайшим к поверхности водоупором, называется грунтовыми водами. Уровень грунтовых вод зависит от осадков. Чем больше дождей проливается на землю, тем выше уровень грунтовых вод. Без дождей этот водоносный слой становится беднее, а иногда даже исчезает.

Подземные реки

В местах максимального уровня заглубления водонепроницаемого слоя накапливается большое количество воды, которая постепенно преобразуется в настоящие подземные реки. По причине того, что водоупорный пласт не везде сплошной и имеет пробелы, вода из подводной реки попадает в низшие слои. Самый низкий уровень залегания подземных вод от 30 до 300 метров и ниже.

Известен факт, что чем ниже уровень залегания подземных водоносных слоев, тем чище в них вода. Это утверждение объясняется более длительным путем фильтрации. Самыми загрязненными считаются грунтовые воды. Самая чистая вода извлекается из глубоких водоносных скважин.

И снова вспомним о круговороте воды в природе. Из нижних слоев вода вытекает на поверхность в виде родников и гейзеров. Водичка в таких источниках, как правило, очень чистая, насыщенная минералами.

 

Откуда столько воды под землей?

Главная » Занимательная геология » Откуда столько воды под землей?

Вода может поступать в землю после дождя, просачиваясь по порам в песчаных, гравелистых, галечных грунтах. Ученые называют такой процесс инфильтрационным путем образования вод под землей (жидкости в горных породах, двигаясь по порам, не текут,а фильтруються). Таким же образом могут просачиваться в землю не только дождевые осадки, но и воды из рек и озер.

Пример. Вода в песке за 1 месяц проходит 60 п.м., а в глине то же расстояние за 90 лет.

Представим себе, прошел дождь. Капли воды просочились по крупным порам вниз. Но вот пласт песка кончился и дальше идет слой глины(водоупор) и капли воды начинают накапливаться. Над глиной в песке образуется слой воды, который ученые называют водоносный горизонт. Первый от поверхности слой воды над первым водоупором получил название грунтовые воды. Уровень грунтовой воды сильно зависит от погоды — если дожди идут часто, вода есть. Если дожди идут редко, воды мало или нет вообще. Это самый загрязнённый слой подземной воды, поскольку фильтрация через грунт была минимальной.

Так же запасы подземных вод образуются там, где водонепроницаемый слой создаёт на своей поверхности углубления. В этих местах образуются подземные реки от более высоких углублений к более низким. Пласт водоупора может быть не сплошным, в этом случае вода поступает в образующиеся в нем «окна». Пласты водоупора могут где-то заканчиваться или, как говорят геологи, выклиниваться. В местах, где водонепроницаемый слой прерывается, вода спускается на более низкий уровень.

Таким образом вода попадает в более низкие водоносные слои. Глубина залегания таких слоев начинается от 30 метров и может достигать 300  и глубже. Чем глубже залегает вода, тем она чище и тем меньше уровень воды зависит от выпадения осадков.

Далее вода уходит ещё глубже под землю, либо изливаются на поверхность в виде родников, ключей, гейзеров, источников и прочих подобных явлений. Кроме естественного выхода подземных вод существуют и искусственный — это скважины.

Все статьи >>

Откуда берется вода под землей

Вода попадает под землю, просачиваясь после дождя через песчаный или галечный грунт. Этот способ появления воды под землей называется инфильтрационным образованием воды под землей. Таким же способом может просачиваться вода из озер и рек, а не только от дождя.

Как происходит просачивание воды

После дождя капли воды, попадая на песок или гальку, просачиваются через них, но как только эти слои заканчиваются, вода доходит до слоя глины (водоупорного слоя), начинает накапливаться в нем и растекается в горизонтальной плоскости. Таким образом, происходит накопление воды в глинистой породе. Если не будет регулярных выпадений осадков, то слой воды может быстро истощиться, особенно, если на нем установлена буровая скважина. Водяные скважины чаще всего устанавливаются на дачных участках именно до этого слоя залегания воды, которая прошла минимальную очистку, поэтому ее нельзя использовать в качестве питьевой воды.

Где скапливается большое количество подземной воды

Большие объемы воды образуются на водонепроницаемом слое, если в нем имеется углубления. Водоупорный пласт может быть не сплошным, а иметь сливные отверстия (окна), через которые вода попадает на нижний уровень. Таким образом, вода попадает в нижние водоносные слои почв, которые могут находиться на глубине до 300 метров. Чем глубже залегает водный пласт, тем чище в нем вода. Так как вода обладает текучестью, она проникает еще глубже или выходит на поверхность земли в виде ключей, родников или гейзеров.

Источники подземных вод

Источниками подземных вод являются родники, ключи и гейзеры. Месторождение воды – это объем воды на водоносном грунте. Добыча воды из подземного месторождения ограничивается экологическим законодательством и охранными природными зонами.

Как пополняются подземные воды

• за счет атмосферных осадков и талых вод;
• за счет конденсата, который оседает на горных породах в горной местности, где наблюдается большой перепад дневных и ночных температур;
• реликтовые воды, оставшиеся от древних океанов. Эти воды запечатаны пластом осадочных пород. В реликтовой воде содержится много соли, поэтому она не годится для питья;
• ювенальные воды, которые образовываются при землетрясениях и извержениях вулканов.

Главным наполнителем подземных вод являются атмосферные осадки. Интенсивность проникновения осадков под землю зависит от обилия и продолжительности дождей.

Как образовывается залегание воды

Породы, которые хорошо пропускают воду, называются водопроницаемыми породами и к ним относятся:

• песок;
• щебень;
• гравий;
• песчаник.

Водоупорные породы представлены базальтом, гранитом и другими плотными минералами. На этих водоупорных породах происходит основное скопление воды Название и характеристики подземных вод:

• почвенные воды;
• верховодка;
• грунтовые;
• артезианские.

Закажите бурение скважин у нас!

Наша компании, профессионально занимается бурением скважин на воду по всему Подмосковью. Вы сможете получить консультацию по любому интересующему вас вопросу по телефону: +7 (495) 532-88-46. Или сделать заявку на сайте на осуществление работ.

26.04.2021

Вернуться к списку

Подземные воды – Всё самое интересное!

Продолжаем пополнять раздел “Вода” и подраздел “Виды воды” новыми видами воды. Сегодня в гостях – подземные воды. Мы поговорим про то, что такое подземные воды, откуда они берутся и куда деваются. По ходу развеем парочку общеобычных заблуждений на тему подземных вод.

Подземные воды – это собирательное название разнообразных залежей воды под землёй. Вода под землёй бывает пресная, очень пресная, солоноватая, солёная, сверхсолёная (например, в криопегах, которые мы затронули в статье “Разнообразие воды в мире“).

Общее для всех интересных типов подземных вод: они располагаются над водонепроницаемым слоем почвы. Водонепроницаемый слой почвы – это грунт, который содержит большое количество глины (не пропускает воду) или грунт из сплошной скальной породы с минимальным количеством трещин.

Если выйти на улицу и расстелить на земле лист полиэтилена, то получится не что иное, как модель водонепроницаемого слоя почвы. Если налить на полиэтилен воду, то она соберётся во впадины, будет перетекать из более высоко расположенных мест в более низкие. Получится модель распределения подземных вод. А если в полиэтилене сделать несколько дырочек разного размера, получится модель проникновения верхних вод в нижележащие горизонты.

Точно так же запасы подземных вод образуются там, где водонепроницаемый слой создаёт углубления. Образуются подземные реки от более высоких углублений к более низким. В местах, где водонепроницаемый слой прерывается, верхние воды спускаются на нижний уровень.

В виде рисунка это можно представить так:

Теперь о том, откуда появляются подземные воды.

Основной источник: дождь. Дождь выпадает, впитывается в землю. Вода проникает через рыхлые верхние рыхлые слои почвы и скапливается в углублениях верхнего водонепроницаемого слоя земли. Этот тип воды называется “верховодка”. Он сильно зависит от погоды – если дожди идут часто, вода есть. Если дожди идут реже, воды мало или нет вообще. Также это самый загрязнённый слой подземной воды, поскольку фильтрация через грунт была минимальной, и вода содержит всё – и нефтепродукты, и удобрения, и ядохимикаты и т.д. и т.п. Глубина залегания этого типа воды в основном от 2 до 10 метров.

Далее, в местах разрыва верхнего водонепроницаемого слоя дождевая вода попадает в более низкие водоносные горизонты. Их количество различно, глубина залегания также очень отличается. Так, верхняя граница начинается от 30 метров и может достигать 300 и глубже. Кстати, например, на Украине, частным лицам запрещено использовать воду глубже 300 метров, так как это – стратегический запас страны.

Интересная закономерность – чем глубже расположен водоносный горизонт, тем реже в нём встречаются места связи с более верхними слоями. Так, например, в пустыне Сахара используют подземные воды, которые попали под землю в Европе. Другая закономерность – чем вода глубже, тем она чище и тем менее она зависит от выпадения осадков.

Часто считается, что подземные воды расположены в пустотах. Это случается, но в основном подземные воды – это смесь песка, гравия, других минералов и большого количества воды.

Было сказано, откуда подземные воды берутся, как перемещаются, но не было сказано, куда они деваются. А деваются они либо ещё глубже под землю, либо изливаются на поверхность в виде родников, ключей, гейзеров, источников и прочих подобных явлений. Так, например, Днепр берёт своё начало из-под земли где-то в Белоруссии. Возле мыса Айа (Крым, недалеко от Севастополя), есть источник пресной воды, бьющий в море. Я сам не видел (он держится в тайне:), но ныряльщик рассказывал: ныряешь с бутылкой, открываешь её под водой горлышком вниз, туда набирается пресная вода.

Помимо естественных типов выхода подземных вод существуют и искусственные. Это скважины. И со скважинами связано такое интересное явление, как артезианские воды. Давно, во Франции, в Артезе, пробурили скважину в поисках воды. А вода стала бить из скважины фонтаном. То есть, артезианские воды – это такие воды, которые поднимаются из-под земли без помощи насосов. Таких случаев немного, чаще всего попадаются безнапорные скважины.

Итак, как и всё в природе, подземные воды имеют начало, изменение и конец – они попадают под землю с дождём, путешествуют под землёй из слоя в слой и в конце концов изливаются на поверхность.

Круговорот подземных вод, так сказать 🙂

Африка таит гигантские запасы подземных вод

• Мэтт Макграт
• корреспондент Би-би-си по вопросам науки

20 апреля 2012

Автор фото, AFP

Подпись к фото,

По данным ООН, на каждого африканца приходится не более 40 литров чистой пресной воды в день, в то время как на каждого жителя США — 700 литров

Легендарно засушливый африканский континент обладает огромными запасами пресной воды в подземных горизонтах, утверждают британские ученые.

Под Ливией, Алжиром и Чадом накоплены грунтовые воды, которые могли бы покрыть территорию этих стран 75-метровым слоем.

Водные запасы под толщей земли в 100 раз больше, чем на поверхности, пишут исследователи в журнале Environmental Research Letters.

Они составили самую подробную на сегодняшний день карту водных ресурсов Африки с учетом скрытого потенциала подземных горизонтов.

Однако ученые призывают не торопиться с широкомасштабным бурением скважин: оно не поможет сразу решить проблемы 300 млн жителей Африки, которые по статистике не имеют доступа к чистой питьевой воде.

Спрос на воду только обострится в ближайшие десятилетия, поскольку население континента растет, и в засушливом климате необходимо орошать сельскохозяйственные земли.

Природные реки и озера Африки — ненадежный источник влаги для сельского хозяйства: они подвержены сезонным засухам и паводкам.

Только пять процентов пахотных земель на континенте имеют систему орошения.

75-метровый слой

Впервые специалистам Британского геологического общества и лондонского Университетского колледжа удалось собрать воедино информацию о водоносных горизонтах по всему континенту.

Геолог Хелен Бонсор — одна из авторов исследования — говорит, что до сих пор о запасах грунтовых вод никто «не заикался и не задумывался».

Автор фото, BBC World Service

Новая карта должна открыть глаза на скрытые в глубине возможности.

«Самые обширные запасы грунтовых вод скопились в северной Африке, в больших подземных резервуарах в глубине осадочных пород — под Ливией, Алжиром и Чадом», — рассказала Бонсор Би-би-си.

«Объемы этой воды таковы, что она могла бы покрыть территорию этих стран слоем в 75 метров толщиной, — уточняет она. — Это очень много».

Воды древности

Из-за перемены климата, за несколько веков превратившей Сахару в безжизненную пустыню, пополнение подземных водных резервуаров прекратилось.

Некоторые из них последний раз наполнялись более 5 тыс. лет назад.

Ученые собрали данные по гидрогеологическим картам, имеющимся в распоряжении правительств стран Африки, и по 283 исследованиям подземных водоносных горизонтов.

Новая детализированная карта показывает, что многие государства, ныне обозначенные как «не имеющие водных ресурсов», на самом деле располагают огромными запасами пресной воды.

Торопиться не надо

Однако исследователи призывают быть очень осторожными в том, как использовать эти запасы.

Подпись к фото,

Международные благотворительные организации предупреждают, что засуха в районе Сахель Западной Африки может вызвать полномасштабный гуманитарный кризис

Просто пробурить тысячи мощных скважин и качать оттуда воду по трубам, как нефть, в промышленных масштабах, не получится.

Руководитель исследования доктор Алан Макдональд объяснил в интервью Би-би-си, что бурить высокопроизводительные скважины нельзя без тщательного изучения условий и особенностей в конкретной местности.

«Правильно расположенные, выверенные небольшие скважины для добычи воды в малом количестве, для нужд местных крестьянских хозяйств, ручные помпы — скорее всего, это лучшее решение», — считает Макдональд.

Из-за отсутствия дождей водоносные горизонты почти не пополняются, поэтому широкомасштабная откачка пресной воды может опустошить их очень быстро, опасаются геологи.

Как говорит Хелен Бонсор, иногда медленнее — значит лучше.

Пережить засуху

«В странах южнее Сахары — наиболее бедствующих сейчас — запасы грунтовых вод ниже, однако наше исследование показало, что если вести разработки аккуратно, то подземных запасов в Африке хватит для покрытия ежедневных потребностей местного населения: для питья и орошения плантаций», — подчеркивает геолог.

Подземные резервуары могут смягчить последствия резких климатических изменений.

«Даже в скудных водоносных горизонтах в засушливых регионах, где очень мало дождей, по полученным нами данным, вода сохраняется от 20 до 70 лет», — говорит Хелен Бонсор.

«При нынешнем скромном уровне потребления — для питья и полива растений — грунтовых вод хватит, чтобы пережить засуху и другие временные бедствия».

Откуда и как в скважину попадает вода

Некоторые из заказчиков, кто хочет заказать бурение скважины под воду в Нижегородской области, представляют, что в том месте на участке где запланировали водозаборное сооружение (скважину на воду), глубоко под землей находится озеро с пресной водой, и оттуда якобы поступает вода в трубу скважины. Но на самом деле, это представление обывателей — это лишь заблуждение, и для этого давайте разберемся. предварительно перед бурением скважины, утверждается место на участке где будет буриться

скважина на воду, производятся геологические изыскания, с помощью которых можно получить геологический разрез почвы, таким образом можно будет возможно проанализировать какие слои грунтов представлены на том месте где будет производиться бурение.

Как вы наверное уже знаете, пласты грунтов чередуются. Есть такие грунты, которые не пропускают воду, такие грунты носят название — водоупорные. Те же грунты которые способные пропускать или отдавать воду, называют водоносными. Так же нужно заметить и то что в водоносном слое существуют пустоты и чем их больше, тем выше в слое водопроницаемости.  К водопроницаемым слоям, относятся такие грунты, как галечники, пески, скальные трещиноватые пласты, гравий. К водонепроницаемым слоям, относятся такие грунты, как плотные скальные породы, глины.

И так, как же в почву проникает вода, вода может образовываться в пластах за счет природных водоемов и поступает с осадками атмосферной влаги.  Таким образом, образуются грунтовые подземные воды, так же такие источники воды носят название инфильтрационных. К подземным водам с названием конденсационные, относятся подземные воды, которые питаются из условия образования в процессе конденсации, водяного пара внутри грунтов. Так же подземные воды обладают различными свойствами, существуют: безнапорные воды и напорные воды. К безнапорным подземным водам, относятся грунтовые воды, к напорным подземным водам, относятся артезианские воды (как правило залегают глубоко в слоях почвы, глубиной от 30 метров).

При процессе бурении скважины на воду был вскрыт первый от поверхности водоносный горизонт, то скважину будут питать воды безнапорные, давление будет равняться атмосферному. В скважинах на воду и в колодцах устанавливается таким образом уровень воды, который будет равен высоте воды в водоносном слое. Если же вы решили бурить скважину артезианскую, то буриться уже напорный водоносный горизонт, при этом давление воды будет значительным.

Полезные статьи для ознакомления заказчиков:

 

VN:F [1.9.22_1171]

Rating: 0.0/10 (0 votes cast)

VN:F [1.9.22_1171]

Поделись статьей с друзьями и коллегами

на Ваш сайт.

Откуда в колодце вода?

Вода под землей

Самая ценная для людей — пресная вода. Её на Земле 36,7 млн км³. В основном она содержится в крупных озёрах и ледниках. Одни континенты планеты богаты пресной водой, а на других её совсем мало. Самыми большими запасами обладают Антарктида, Северная Америка и Азия, меньше пресной воды в Южной Америке и Африке, а совсем мало — в Европе и Австралии.

ВОДА ПОД ЗЕМЛЁЙ

Под землёй тоже есть вода, но она там не течёт огромной рекой по пустому коридору, а пронизывает поры горных пород. Откуда под землёй берётся вода? Сначала она в виде дождя и снега выпадает из облаков, потом просачивается сквозь трещины, пустоты и поры водопроницаемых горных пород (песка, торфа, гравия и др.) и, наконец, встречает на пути водоупорные горные породы (глину, мергель, гранит и др.). Глубже она пройти не может, потому что эти породы задерживают воду. Здесь вода останавливается и насыщает некоторый подземный слой. Если мы прокопаем до этого слоя колодец, то в нём окажется вода.

ОЧЕНЬ ВАЖНЫЕ

Подземные воды питают реки и озёра, благодаря им реки не мелеют летом, когда выпадает мало дождей, и не пересыхают подо льдом. Человек выкачивает воду из-под земли для того, чтобы подать её в квартиры, на предприятия, заводы и фабрики, для того, чтобы поливать поля и огороды. Несмотря на огромные запасы, подземные воды возобновляются медленно, если мы будем их загрязнять, то сами первыми и пострадаем.

ГРУНТОВЫЕ И АРТЕЗИАНСКИЕ

Воды, которые после дождей или таяния снега проникают в почву, смачивают её и накапливаются в почвенном слое, называют почвенными. На первом от поверхности земли водоупорном слое залегают грунтовые воды. Ниже грунтовых могут располагаться несколько слоёв глубинных подземных вод, их удерживают водоупорные пласты. А если слои горных пород залегают в виде чаши и вода, заключённая в них, находится под давлением, то образуются артезианские воды, они поднимаются вверх по пробуренной скважине и фонтанируют.

РОДНИКОВАЯ ВОДА

Типы подземных вод

Считается, что родниковая вода очень чистая. Это действительно так. Прежде чем она пробьётся родничком в овраге или долине реки, она должна пройти через несколько слоёв горных пород, которые играют роль природного фильтра. Он задерживает все вредные примеси, а чистую вкусную воду пропускает на поверхность земли. Образуется родник именно там, где горизонт подземной воды выходит на поверхность. Недаром родник ещё называют ключом. Он и правда волшебный ключик к подземным сокровищам планеты.

Поделиться ссылкой

Как гидрологи определяют местонахождение подземных вод?

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о подземных водах •

Как гидрологи определяют местонахождение подземных вод?

Использование научных методов для определения местонахождения воды

Для точного определения местоположения подземных вод и определения глубины, количества и качества воды необходимо использовать несколько методов, а целевой район должен быть тщательно протестирован и изучен для определения гидрологических и геологических особенностей, важных для планирования и управления ресурсами. .Ландшафт может дать гидрологу подсказку о наличии неглубоких грунтовых вод. Условия для большого количества неглубоких грунтовых вод более благоприятны под долинами, чем под холмами. В некоторых регионах — например, в частях засушливого юго-запада — присутствие «водолюбивых» растений, таких как тополь или ива, указывает на наличие грунтовых вод на небольшой или умеренной глубине. Области, где вода находится на поверхности в виде источников, , просачиваний, болот или озер. отражают наличие грунтовых вод, хотя и не обязательно в больших количествах или пригодного для использования качества.

Трудно представить себе воду под землей. Некоторые считают, что грунтовые воды собираются в подземных озерах или стекают в подземные реки. Фактически, грунтовые воды — это просто подземные воды, которые полностью пропитывают поры или трещины в почвах и породах. Подземные воды пополняются за счет атмосферных осадков и, в зависимости от местного климата и геологии, распределяются неравномерно как по количеству, так и по качеству. Когда идет дождь или тает снег, часть воды испаряется, часть испаряется растениями, около течет по суше и собирается в ручьях, а около проникает в поры или трещины почвы и скал.Первая вода, попадающая в почву, заменяет воду, испарившуюся или использованную растениями в предшествующий засушливый период. Между поверхностью суши и водоносным горизонтом находится зона, которую гидрологи называют зоной ненасыщенности. В этой ненасыщенной зоне обычно есть, по крайней мере, немного воды, в основном в более мелких отверстиях почвы и скалы; большие отверстия обычно содержат воздух вместо воды. После сильного дождя зона может быть почти насыщенной; после долгой засухи он может почти высохнуть.Некоторое количество воды удерживается в ненасыщенной зоне за счет адгезии и сцепления , и она не будет течь к колодцу или попадать в него. Подобные силы удерживают достаточно воды во влажном полотенце, чтобы оно стало влажным после того, как с него перестанут капать.

Определение местоположения грунтовых вод

Подземные воды — это просто подземные воды, которые полностью пропитывают поры или трещины в почвах и породах. Водоносные горизонты восполняются за счет фильтрации осадков , которые выпадают на сушу, хотя они также могут быть искусственно восполнены людьми.Степень и скорость заполнения водоносных горизонтов водой определяется множеством геологических, метеорологических, топографических и человеческих факторов.

Пейзаж предлагает полезные подсказки. Мелкие грунтовые воды чаще встречаются в больших количествах под долинами, чем под холмами, потому что грунтовые воды подчиняются закону гравитации и текут вниз , как и поверхностные воды. В засушливых регионах наличие «водолюбивых» растений свидетельствует о наличии грунтовых вод на небольшой глубине.Любая область, где вода появляется на поверхности, в источниках, выходах, болотах или озерах, должна иметь некоторое количество грунтовых вод, хотя и не обязательно в большом количестве или пригодного для использования качества.

Камни являются наиболее ценными подсказками для всех консолидированных образований, таких как песчаник, известняк или гранит, а также для рыхлых, рыхлых отложений, таких как гравий или песок. «Водоносный горизонт» — это любой скальный массив, содержащий полезный запас воды. Хороший водоносный горизонт должен быть достаточно пористым, чтобы удерживать воду, и достаточно проницаемым, чтобы обеспечивать непрерывное пополнение водой колодца.

Гравий, песок, песчаник и известняк являются одними из лучших водоносных горизонтов, но они составляют лишь часть горных пород земной коры. Большинство горных пород мелкозернистые или иначе «плотные» и хранят или переносят мало воды.

В качестве первого шага в поиске грунтовых вод гидролог готовит геологическую карту, показывающую, где различные виды горных пород выходят на поверхность суши. Некоторые из камней могут быть настолько потрескавшимися и сломанными, что могут служить хорошими отверстиями для уноса воды под землю.Однако камни могут быть настолько сложены и смещены, что их местонахождение под землей трудно проследить.

Затем гидролог собирает информацию о скважинах в этом районе — их местонахождении, глубине залегания, количестве перекачиваемой воды и типах пород, которые они проникают. Поскольку водоискатель не всегда может позволить себе пробурить пробную скважину для получения информации, записи о уже пробуренных скважинах имеют большое значение.

Если в этом районе нет скважин или недостаточно информации о существующих, гидролог может нанять бурильщика скважин на пробуждение некоторых контрольных скважин.В этих скважинах будет проведена откачка или испытание водоносного горизонта. Эти испытания показывают водоносные свойства водоносного горизонта, вскрытого скважиной. По результатам испытаний гидролог может определить количество воды, проходящей через водоносный горизонт, объем воды, который может попасть в скважину, и влияние откачки на уровень воды в других скважинах в этом районе.

При использовании воды людьми качество так же важно, как и количество. Гидролог возьмет пробы воды из различных колодцев и проведет их химический анализ.

Отчет гидролога и геологическая карта покажут, где можно найти воду, ее химический состав и, в общем, сколько воды доступно. Это научный подход, используемый Геологической службой США, государственными ресурсными агентствами и инженерами-консультантами при проведении исследований подземных вод. Информацию о местных условиях грунтовых вод можно найти в офисах Управления водных ресурсов Геологической службы США во всех 50 штатах.

Вы думаете, что знаете о грунтовых водах?
Пройдите наш тест «Подземные воды» верно / неверно , который является частью нашего мероприятия Activity Center .

Источники и дополнительная информация:

_{Значок викторины, сделанный mynamepong с сайта www.flaticon.com}

Хотите узнать больше о том, как гидрологи определяют местонахождение грунтовых вод? Следуйте за мной на веб-сайт Геофизики для исследований взаимодействия подземных и поверхностных вод Геологической службы США!

Что происходит с водой под землей?

Что происходит с водой под землей?

Многие аспекты круговорота воды хорошо известны, но что происходит с водой, когда она перемещается под землю? После сильного ливня многим людям интересно, как земля может впитать столько воды, не затопляя определенную область.Вода, которая не впадает в озера или реки, медленно просачивается через поверхность земли и обычно поглощается растениями или опускается глубже под поверхность планеты, пока не перестанет течь дальше.

Дождь, таяние снега и избыток воды в результате орошения — это некоторые способы просачивания воды под поверхность земли. Изображение любезно предоставлено NOAA.

Под землей вода не сильно движется, а действует как губка, занимая промежутки между трещинами в камнях и разломами в почве.Вода, которая перемещается в естественное хранилище (называемое водоносным горизонтом) под поверхностью земли, называется грунтовыми водами. Неограниченные водоносные горизонты — это участки, состоящие из почвы или камней, через которые вода может легко перемещаться. Для получения воды можно пробурить скважины, и это относительно быстрый процесс получения пригодной для использования воды.

Вода может подняться на поверхность от нескольких дней до тысячелетий, когда она окажется под землей. Изображение из USGS.

Закрытые водоносные горизонты имеют слои горных пород над и под ними, что затрудняет прохождение воды через них.Этот процесс может занять столетия, прежде чем вода снова станет пригодной для использования. Более половины жителей США используют грунтовые воды для питья и других домашних нужд. Хотя подземные воды составляют лишь около 1,7% всей воды на Земле, более 30% пресной воды на нашей планете приходится на подземные воды.

Геологическая служба США контролирует сеть из примерно 200 скважин, чтобы помочь документировать влияние засух и других климатических изменений на уровень грунтовых вод.Изображение из USGS.

Во время сильных дождей, таких как текущее наводнение, происходящее в некоторых частях Мэриленда и Пенсильвании, реки достигают стадии паводка, отображаемой на гидрографах, типе диаграммы, изображенной NOAA. Гидрографы показывают интенсивность наводнения на основе расхода ручья (обычно измеряется в кубических футах в секунду) и высоты воды, выше или ниже нормального уровня для ручьев или рек.

На этом гидрографе показано сильное наводнение, поскольку по состоянию на 25 июля уровень воды на высоте более восьми футов над уровнем паводка воздействует на части реки Сватара-Крик, штат Пенсильвания.Изображение от NOAA.

Подземные воды | Физическая география

Хотя это может показаться удивительным, вода под землей — обычное дело. Обычно грунтовые воды медленно и бесшумно проходят под поверхностью, но в некоторых местах они всплывают на поверхность из источников. Продукты эрозии и отложения грунтовыми водами описаны в главе «Эрозия и отложения». Подземные воды — это крупнейший резервуар жидкой пресной воды на Земле. Он находится в водоносных горизонтах , пористых породах и отложениях с водой между ними.Вода притягивается к частицам почвы, и капиллярное действие, которое описывает, как вода движется через пористую среду, перемещает воду из влажной почвы в сухие области.

Водоносные горизонты находятся на разной глубине. Некоторые из них находятся чуть ниже поверхности, а некоторые находятся намного глубже под землей. Под регионом может быть более одного водоносного горизонта, и даже большинство пустынь находится выше водоносных горизонтов. Область истока водоносного горизонта под пустыней, вероятно, будет далеко от того места, где находится водоносный горизонт; например, это может быть в горной местности.

Количество воды, доступной для поступления в грунтовые воды в регионе, зависит от местного климата, уклона земли, типа скальных пород на поверхности, растительного покрова, землепользования в этом районе и удержания воды, количество воды, остающейся в земле. Больше воды уходит в землю там, где много дождя, плоская земля, пористые камни, обнаженная почва и где вода еще не заполняет почву и скалы.

Время пребывания воды в подземном водоносном горизонте может составлять от минут до тысяч лет.Подземные воды часто называют «ископаемой водой», потому что они оставались в земле так долго, часто с конца ледниковых периодов.
Характеристики водоносного горизонта

Чтобы водоносный горизонт был хорошим, он должен иметь хорошие:

• пористость: небольшие промежутки между зернами
• проницаемость: связи между порами
• естественное питание за счет атмосферных осадков

Агентство по охране окружающей среды (EPA) имеет анимационный фильм, который помогает людям лучше понять водоносные горизонты. Капли воды обнаруживаются в порах между зернами осадка, которые имеют пористость , пористость .Когда вода может перемещаться между рудами, проницаемость составляет . Чтобы достичь водоносного горизонта, поверхностная вода проникает в землю через крошечные промежутки или поры в скале. Вода проходит через проницаемую породу, пока не достигает слоя, не имеющего пор; эта скала непроницаема. Этот непроницаемый слой горной породы образует основу водоносного горизонта. Верхняя поверхность, до которой доходят грунтовые воды, — это уровень грунтовых вод.

Горизонт воды

Для того, чтобы водоносный горизонт грунтовых вод содержал такое же количество воды, объем подпитки должен равняться количеству разгрузки.Каковы вероятные источники пополнения баланса? Каковы вероятные источники сброса? Во влажных регионах ручьи питаются за счет грунтовых вод; поверхность ручья — это вершина водного зеркала. В засушливых регионах вода просачивается из ручья в водоносный горизонт. Эти ручьи часто пересыхают большую часть года. Вода выходит из резервуара подземных вод ручьями или родниками. Люди тоже берут воду из водоносных горизонтов. Что происходит с уровнем грунтовых вод, когда выпадает много осадков? Что происходит при засухе? Хотя уровень грунтовых вод не поднимается и опускается так быстро, как на поверхности, со временем уровень грунтовых вод будет подниматься во время влажных периодов и падать во время засухи.

Щелкните здесь, чтобы просмотреть еще одну анимацию EPA о грунтовых водах. Один из самых интересных, но крайне нетипичных типов водоносных горизонтов находится во Флориде. Хотя водоносные горизонты очень редко бывают подземными реками, во Флориде вода растворила известняк, так что потоки текут под землей и над землей.

Использование подземных вод

Подземные воды — чрезвычайно важный источник воды для людей. Подземные воды являются возобновляемым ресурсом, и их использование является устойчивым, когда вода, откачиваемая из водоносного горизонта, пополняется.Каждому, кто собирается выкопать колодец, важно знать, насколько глубоко под поверхностью находится уровень грунтовых вод. Поскольку подземные воды связаны с взаимодействием между Землей и водой, исследование подземных вод называется гидрогеология . Некоторые водоносные горизонты используются чрезмерно; люди откачивают больше воды, чем заменяют. По мере откачки воды уровень грунтовых вод медленно падает, что требует более глубокого рытья колодцев, что требует больше денег и энергии. Колодцы могут полностью высохнуть, если они недостаточно глубоки, чтобы попасть в опущенный уровень грунтовых вод.Водоносный горизонт Огаллала обеспечивает около одной трети оросительной воды в Соединенных Штатах. Водоносный горизонт находится на глубине от 30 до 100 метров на площади около 440 000 квадратных километров! Вода в водоносном горизонте в основном из последнего ледникового периода. Водоносный горизонт Огаллала широко используется людьми для коммунальных и сельскохозяйственных нужд. Ежегодно из водоносного горизонта Огаллала забирается примерно в восемь раз больше воды, чем пополняется. Большая часть воды используется для орошения сельскохозяйственных культур в Хлебной корзине на центральных равнинах.В настоящее время существует большая озабоченность по поводу долгосрочного здоровья этого обширного водоносного горизонта, поскольку он используется и используется с большей скоростью, чем восполняется естественными процессами. Это может иметь огромные последствия для производства продуктов питания в стране, если этот критический источник воды будет истощен. При нынешних темпах использования к 2050 году может исчезнуть 70 процентов водоносного горизонта.

Щелкните здесь, чтобы узнать больше. Чрезмерное использование и снижение уровня грунтовых вод в водоносных горизонтах может иметь и другие последствия.Снижение уровня грунтовых вод может вызвать проседание поверхности земли. Просадки могут происходить под домами и другими конструкциями. При чрезмерном использовании прибрежных водоносных горизонтов соленая вода из океана может попадать в водоносный горизонт, загрязняя водоносный горизонт и делая его менее полезным для питья и орошения. Вторжение соленой воды — проблема в развитых прибрежных регионах, таких как Гавайи.

Пружины

Подземные воды встречаются с поверхностью в виде ручья, как показано ниже, или источника . Пружина может быть постоянной или течь только в определенное время года.Города во многих местах зависят от воды из источников. Источники могут быть чрезвычайно важным источником воды в местах с дефицитом поверхностных вод.

Уэллс

Скважина создается путем рытья или бурения для достижения грунтовых вод. Когда уровень грунтовых вод близок к поверхности, колодцы — удобный метод для добычи воды. Когда уровень грунтовых вод находится далеко ниже поверхности, необходимо использовать специальное оборудование для рытья колодца. В большинстве колодцев используются моторизованные насосы для подачи воды на поверхность, но некоторые по-прежнему требуют, чтобы люди использовали ведро для подъема воды.

Наконец, также важно понимать, как вода очищается, фильтруется и доставляется в наши дома и на работу. Многие из нас не знают, откуда берется наша вода, и принимают это как должное. Это часто приводит к неэкономному использованию воды на наших лужайках, душевых и других устройствах. Опять же, нажмите здесь, чтобы узнать больше от EPA о том, что вода очищается до того, как мы дойдем до нас.

Если вы думаете, что водный кризис не может ухудшиться, подождите, пока водоносные горизонты не осушатся

За десять лет бассейн реки Колорадо потерял эквивалент двух озер Мидс, крупнейшего водохранилища в США.С., изображенный здесь в сумерках на фоне Лас-Вегаса.

ФОТО ПИТЕРА ЭССИКА, NATIONAL GEOGRAPHIC

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Чтобы узнать больше о глобальных войнах за воду, смотрите Parched.

Водоносные горизонты обеспечивают нас пресной водой, которая восполняет потери поверхностных вод из истощенных засухой озер, рек и водохранилищ. Мы расходуем эти скрытые, в основном невозобновляемые запасы подземных вод неустойчивыми темпами на западе Соединенных Штатов и в нескольких засушливых регионах мира, угрожая нашему будущему.

Мы на высоте, когда видим впереди угрозу или вызов. Если наводнение усиливается, враг бросается на нас или выезд с шоссе появляется прямо перед пробкой, мы видим надвигающийся кризис и реагируем.

Мы не столь искусны, когда угрозы или находящиеся под угрозой ресурсы невидимы. Некоторым из нас сложно понять, почему невидимые выбросы углерода изменяют химический состав атмосферы и нагревают планету. Поскольку поверхность моря — это все, что мы видим, трудно понять, что мы уже выловили большую часть большой рыбы из океана, уменьшив тем самым основной источник пищи.Ни один из этих кризисов не виден — они по большей части вне поля зрения, вне памяти, поэтому сложно возбудиться и отреагировать. Исчезающие подземные воды — еще один скрытый кризис.

В Центральной долине Калифорнии в этом году наблюдался резкий рост объемов бурения скважин, чтобы компенсировать потерю поверхностных вод в результате засухи.

ФОТО ПИТЕРА ЭССИКА, NATIONAL GEOGRAPHIC

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Подземные воды поступают из водоносных горизонтов — губчатого гравия и заполненных песком подземных резервуаров — и мы видим эту воду только тогда, когда она течет из источников и колодцев.В Соединенных Штатах мы полагаемся на это скрытое — и сокращающееся — водоснабжение, чтобы удовлетворить половину наших потребностей, а поскольку засуха сокращает поверхностные воды в озерах, реках и водохранилищах, мы еще больше полагаемся на грунтовые воды из водоносных горизонтов. Некоторые неглубокие водоносные горизонты пополняются за счет поверхностных вод, но более глубокие водоносные горизонты содержат древнюю воду, запертую в земле в результате изменений в геологии тысячи или миллионы лет назад. Эти водоносные горизонты обычно не могут пополняться, и как только эта «ископаемая» вода исчезнет, ​​она исчезнет навсегда, что потенциально меняет, среди прочего, то, как и где мы можем жить и выращивать пищу.

Сильная засуха в Калифорнии, которая длится уже четыре года, истощила снежные покровы, реки и озера, а использование грунтовых вод резко увеличилось, чтобы восполнить дефицит. В новом отчете Стэнфордского университета говорится, что почти 60 процентов потребностей штата в воде в настоящее время удовлетворяется за счет грунтовых вод, по сравнению с 40 процентами в годы, когда выпадает нормальное количество дождя и снега.

Использование грунтовых вод для восполнения сокращения запасов поверхностных вод обходится все дороже, и эта скрытая вода, обнаруженная в водоносных горизонтах Центральной долины Калифорнии, является средоточием новой золотой лихорадки.Бурильщики скважин работают сверхурочно, и, как сообщил здесь на прошлой неделе Брайан Кларк Ховард, фермерам и домовладельцам, испытывающим нехватку воды, теперь приходится ждать в очереди более года для своих новых скважин.

В большинстве лет водоносные горизонты пополняются за счет дождя и водотока, просачивающегося в грунтовый грунт. Но во время засухи уровень грунтовых вод — глубина, на которой вода находится ниже поверхности — падает, поскольку вода выкачивается из земли быстрее, чем может восполниться. Как сообщил Ховард, скважины Центральной долины, которые раньше забивали воду на глубине 500 футов, теперь должны быть пробурены на 1000 футов или более, что обходится более чем в 300 000 долларов за одну скважину.И когда водоносные горизонты истощаются, земля также начинает оседать или опускаться.

В отличие от жителей других западных штатов, калифорнийцы мало знают о своих запасах подземных вод, потому что записи о бурении скважин хранятся в секрете от общественности, а в масштабе штата нет политики, ограничивающей использование подземных вод. Законодатели штата рассматривают меру, которая регулирует и ограничивает использование подземных вод, но даже если она будет принята, планы соблюдения не потребуются до 2020 года, а полные ограничения не вступят в силу до 2040 года.Владельцы недвижимости в Калифорнии теперь могут откачивать столько воды, сколько они хотят, из-под земли, которой они владеют.

Центральная долина Калифорнии — не единственное место в США, где запасы грунтовых вод сокращаются. Водоносные горизонты в бассейне реки Колорадо и на юге Великих равнин также сильно истощены. Исследования показывают, что около половины истощения подземных вод по всей стране связано с орошением. Сельское хозяйство является основным потребителем воды в США и во всем мире, а на орошаемое земледелие во всем мире уходит более 60 процентов доступной пресной воды.

Бассейн реки Колорадо, который снабжает водой 40 миллионов человек в семи штатах, теряет воду с огромной скоростью, и большая часть потерь приходится на грунтовые воды. Новое спутниковое исследование, проведенное Калифорнийским университетом в Ирвине и НАСА, показывает, что бассейн реки Колорадо потерял 65 кубических километров (15,6 кубических миль) воды с 2004 по 2013 год. Это вдвое больше, чем в озере Мид, крупнейшем водохранилище в США, которые могут удерживать двухлетний сток реки Колорадо. Как написал здесь Джей Фамиглиетти, ученый и соавтор исследования НАСА, грунтовые воды составили 75 процентов воды, потерянной в бассейне.

Дальше на восток водоносный горизонт Огаллала под Высокими равнинами также сокращается из-за слишком высокого спроса. Когда Пыльная чаша настигла Великие равнины в 1930-х годах, Огаллала была обнаружена совсем недавно, и по большей части ее тогда не использовали, чтобы облегчить засуху. Но крупномасштабное центрально-поворотное орошение изменило производство сельскохозяйственных культур на равнинах после Второй мировой войны, позволив водолюбивым культурам, таким как кукуруза и люцерна, кормить скот.

Водоносный горизонт Огаллала поставляет воду для центрального кругового орошения на фермах в западном Канзасе.

ФОТО ДЖОРДЖА ШТЕЙНМЕЦА, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Но суровая засуха снова угрожает южным равнинам, и вода неустойчиво забирается из южного водоносного горизонта Огаллала. Северный Огаллала, расположенный недалеко от поверхности в Небраске, пополняется за счет поверхностного стока рек, берущих начало в Скалистых горах. Но дальше на юг, в Техасе и Нью-Мексико, вода лежит на сотни футов ниже поверхности и не восстанавливается.Сандра Постел написала здесь в прошлом месяце, что уровень воды в водоносном горизонте Огаллала в Техасском населенном пункте за последнее десятилетие упал на 15 футов, причем более трех четвертей этой потери пришлись на засуху последних пяти лет. Недавнее исследование Университета штата Канзас показало, что если фермеры в Канзасе продолжат орошение с нынешних темпов, 69 процентов водоносного горизонта Огаллала исчезнет через 50 лет.

Это совпадает с общенациональной тенденцией к снижению уровня грунтовых вод. Исследование 40 водоносных горизонтов США, проведенное в 2013 г.Геологическая служба сообщает, что скорость истощения подземных вод резко возросла с 2000 года, когда из-под земли перекачивается почти 25 кубических километров (шесть кубических миль) воды в год. Для сравнения: с 1900 по 2008 год средний водозабор составляет около 9,2 кубических километров (1,48 кубических миль) в год.

Недостаточные запасы подземных вод также используются для производства энергии. Недавнее исследование CERES, организации, пропагандирующей устойчивые методы ведения бизнеса, показало, что конкуренция за воду путем гидроразрыва пласта — водоемкого процесса бурения на нефть и газ, известного как «гидроразрыв», — уже имеет место в засушливых регионах США.В февральском отчете говорится, что более половины всех скважин для гидроразрыва пласта в США бурятся в регионах, переживающих засуху, и что более одной трети скважин находится в регионах, страдающих истощением грунтовых вод.

Спутники позволили нам более точно понять запасы подземных вод и скорость их истощения. Пока эти спутники под названием GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) не были запущены НАСА, мы не могли увидеть или измерить этот развивающийся невидимый кризис. GRACE дала нам улучшенную картину подземных вод во всем мире, показывая, как сокращаются запасы в нескольких регионах, уязвимых к засухе: северная Индия, Северо-Китайская равнина и Ближний Восток среди них.

Поскольку засуха усугубляет истощение грунтовых вод, запасы воды для людей и сельского хозяйства сокращаются, и этот дефицит может стать причиной социальных волнений. Саудовская Аравия, которая несколько десятилетий назад начала откачивать глубокие подземные водоносные горизонты для выращивания пшеницы в пустыне, с тех пор отказалась от этого плана, чтобы сохранить оставшиеся запасы грунтовых вод, вместо этого полагаясь на импортную пшеницу, чтобы прокормить жителей этой засушливой земли.

Управление запасами грунтовых вод и их сохранение становится неотложной задачей, поскольку засуха истощает наши поверхностные запасы.Поскольку подземные воды являются общим ресурсом, доступным для всех, у кого есть скважина, сотрудничество и сотрудничество с буровым оборудованием будут иметь решающее значение, поскольку мы пытаемся защитить эту сокращающуюся линию защиты от будущего дефицита воды.

Деннис Димик вырос на холмистой ферме в штате Орегон под названием Спринг-Хилл, где грунтовые воды из источника обеспечивали водоснабжение его семьи и фермы. Он является исполнительным редактором журнала National Geographic по окружающей среде. Вы можете следить за ним в Twitter, Instagram и flickr.

Дополнительная литература:

— Засуха в Калифорнии вызывает бум бурения подземных вод в Центральной долине
— Истощение подземных вод в бассейне реки Колорадо представляет большой риск для водной безопасности
— Засуха ускоряет истощение подземных вод в Техасе Panhandle
— Штормы становятся заголовками, но засуха Подлый, разрушительный способ изменить правила игры
— Как был потерян Запад
— Стэнфордский университет: понимание подземных вод Калифорнии

Изменить курс

Национальное географическое общество поддерживает проект по восстановлению пресноводных экосистем.Вы можете узнать больше об изменении курса здесь и о том, как, взяв на себя обязательство сократить свой собственный водный след, вы можете восстановить 1000 галлонов воды в реке Колорадо.

Что нужно знать о мировых войнах за воду

Чтобы узнать больше о глобальных войнах за воду, посмотрите видео «Parched».

Пекин тонет.

В некоторых районах почва проседает со скоростью четыре дюйма в год, поскольку вода в гигантском водоносном горизонте под ней перекачивается.

Подземные воды были настолько истощены, что столица Китая, в которой проживает более 20 миллионов человек, может столкнуться с серьезными сбоями в работе железнодорожной системы, дорог и фундаментов зданий, как заключила ранее в этом году международная группа ученых.Пекин, несмотря на то, что он имеет доступ к гигантскому водоносному горизонту Северо-Китайской равнины, является пятым городом в мире, испытывающим нехватку воды, и его проблемы с водой, вероятно, усугубятся.

NG Карты. Источники: Калифорнийский университет в Ирвине; WhyMap; Маргат, 2008; Маргат и ван дер Гун, 2013, Подземные воды во всем мире

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пекин — не единственное место, где наблюдается проседание или опускание грунта в результате обрушения грунта, образовавшегося в результате истощения грунтовых вод.Некоторые части Шанхая, Мехико и других городов тоже тонут. Участки Центральной долины Калифорнии понизились на фут, а в некоторых отдельных районах — на целых 28 футов.

По всему миру звучат тревожные сигналы об истощении запасов подземных вод. Организация Объединенных Наций прогнозирует глобальный дефицит воды к 2030 году. Около 30 процентов доступной пресной воды на планете находится в водоносных горизонтах, лежащих в основе каждого континента.

Более двух третей потребляемых подземных вод во всем мире используется для орошения сельского хозяйства, а остальная часть обеспечивает питьевую воду в городах.Эти водоносные горизонты долгое время служили резервом для переноса регионов и стран через засухи и теплые зимы, когда не хватало снега для пополнения рек и ручьев. В настоящее время крупнейшие в мире запасы подземных вод в Африке, Евразии и Америке испытывают стресс. Многие из них расходуются неприемлемыми темпами. Почти два миллиарда человек полагаются на подземные воды, которые считаются находящимися под угрозой.

Ричард Дамания, ведущий экономист Всемирного банка, прогнозирует, что без адекватного водоснабжения экономический рост в наиболее напряженных частях мира может снизиться на шесть процентов ВВП.Его выводы заключаются в том, что наиболее серьезные последствия изменения климата приведут к истощению запасов воды.

«Если вы находитесь в засушливом районе, вы получите намного меньше осадков. Последний объем сокращается », — говорит он. «Люди очень, очень активно обращаются к грунтовым водам».

Но несколько вещей, которые труднее контролировать, чем откачка грунтовых вод, говорит Дамания. В Соединенных Штатах фермеры неприемлемо забирают воду из Высоких равнин или водоносного горизонта Огаллала, хотя они знали об угрозе в течение шести десятилетий.

Последние три десятилетия Саудовская Аравия ведет бурение в поисках ресурса, более ценного, чем нефть. Инженеры и фермеры использовали скрытые запасы воды для выращивания зерна, фруктов и овощей в одном из самых засушливых мест в мире. Они выходят из водоносного горизонта неприемлемыми темпами. На этих спутниковых снимках бассейна Вади-Ас-Сирхан, сделанных НАСА, зеленый цвет указывает на посевы, контрастируя с розовым и желтым цветом сухой бесплодной земли.

Фотографии обсерватории Земли НАСА; Заключительная иллюстрация Роберта Симмона

Пожалуйста, соблюдайте авторские права.Несанкционированное использование запрещено.

«В развивающихся странах выкачивает большое количество мелких фермеров. Учитывая, что эти ребята зарабатывают так мало, вы мало что можете сделать, чтобы это контролировать », — говорит Дамания. «И вы, буквально, участвуете в гонке ко дну».

По словам Дамания, по мере того как регионы и страны испытывают нехватку воды, экономический рост будет снижаться, а цены на продукты питания резко возрастут, что повысит риск насильственных конфликтов и волн крупных миграций. Беспорядки в Йемене, который сильно попадает в грунтовые воды и который в 2009 году пережил водные беспорядки, коренятся в водном кризисе.Эксперты говорят, что нехватка воды также помогла дестабилизировать Сирию и развязать гражданскую войну. Иордания, для которой водоносные горизонты являются единственным источником воды, испытывает еще больший дефицит воды сейчас, когда прибыло более полумиллиона сирийских беженцев.

Джей Фамиглиетти, ведущий ученый, проводивший в 2015 году исследование с использованием спутников НАСА для регистрации изменений в 37 крупнейших водоносных горизонтах мира, говорит, что те из них, которые находятся под наибольшей угрозой, находятся в наиболее густонаселенных районах.

«Без устойчивых запасов подземных вод глобальная безопасность подвергается гораздо большему риску», — говорит он.«Поскольку сухие участки становятся все суше, мы будем полагаться на грунтовые воды еще больше. Последствия просто ошеломляющие, и их действительно необходимо обсудить на международном уровне ».

Ниже приведены ответы на ваши ключевые вопросы.

Где подземные воды находятся под наибольшей угрозой?

Наиболее сильно нагружена система водоносных горизонтов Аравии, которая снабжает водой 60 миллионов человек в Саудовской Аравии и Йемене. Водоносный горизонт бассейна Инда на северо-западе Индии и Пакистана является вторым по величине угрозой, а бассейн Мурзук-Джадо в Северной Африке — третьим.

Как эти гигантские бассейны стали настолько истощенными?

20 миллионов человек в Пекине получают около двух третей воды из водоносного горизонта Северо-Китайской равнины, который является одним из крупнейших в мире бассейнов подземных вод.

Фотография Сим Чи Инь, VII Фотография

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Засуха, плохое управление насосом, негерметичные трубы в городских системах водоснабжения больших городов, устаревшая инфраструктура, неадекватные технологии, рост населения и потребность в увеличении производства продуктов питания — все это приводит к увеличению спроса на откачку большего количества подземных вод.Полив паводком, который неэффективен, остается доминирующим методом орошения во всем мире. В Индии, крупнейшем в мире потребителе подземных вод, правительство субсидирует электричество, что является стимулом для фермеров продолжать откачивать воду.

Как ирригация изменила сельское хозяйство?

Орошение позволило выращивать водоемкие культуры в засушливых местах, что, в свою очередь, привело к возникновению местной экономики, которую сейчас трудно разрушить. К ним относятся сахарный тростник и рис в Индии, озимая пшеница в Китае и кукуруза на юге Высоких равнин Северной Америки.Аквакультура процветает в не имеющем выхода к морю бассейне Арарата, который расположен вдоль границы между Арменией и Турцией. Подземные воды достаточно холодные, чтобы разводить холодноводную рыбу, такую ​​как форель и осетр. Менее чем за два десятилетия водоносный горизонт был настолько истощен для рыбоводных прудов, что теперь под угрозой оказывается муниципальное водоснабжение более чем двух десятков населенных пунктов.

Сколько воды осталось?

О запасах нефти известно больше, чем о воде. Подсчитать, что осталось в водоносных горизонтах, чрезвычайно сложно.В 2015 году ученые из Университета Виктории в Британской Колумбии, Канада, пришли к выводу, что менее шести процентов подземных вод на высоте более полутора миль (двух километров) на суше Земли могут быть возобновлены в течение всей жизни человека. Но другие гидрологи предупреждают, что измерения запасов могут ввести в заблуждение. Более важно то, как вода распределяется по водоносному горизонту. Когда уровень воды опускается ниже 50 футов или меньше, часто экономически нецелесообразно перекачивать воду на поверхность, и большая часть этой воды является солоноватой или содержит так много минералов, что ее нельзя использовать.

Есть хорошие новости?

Истощение подземных вод — это медленный кризис, говорят ученые, так что есть время для разработки новых технологий и повышения эффективности водопользования. В Западной Австралии опресненная вода была закачана для пополнения большого водоносного горизонта, из которого Перт, самый засушливый город Австралии, подает питьевую воду. Китай работает над регулированием откачки. В западном Техасе город Абернати пробуривает более глубокий водоносный горизонт, лежащий под водоносным горизонтом Хай-Плейнс, и смешивает их для пополнения муниципального водоснабжения.

Water Flowing Underground — Океанографическое учреждение Вудс-Хоул

На скалах Никерсон заметил… проявление «необыкновенного духа и активности» и вскоре стал частью общей спешки на пляж. Фактически, мужчины обнаружили источник, бурлящий из дыры в большом плоском камне… как только всем была предоставлена ​​возможность напиться, они начали восхищаться своей удачей. Источник находился так далеко от линии прилива, что оставался открытым всего на полчаса при минимальном низком уровне; во время прилива он был на глубине шести футов под водой.У них было время наполнить только два небольших бочонка, прежде чем камень снова исчез под прибоем.
— В сердце моря: трагедия китового корабля «Эссекс» Натаниэля Филбрика.

История затонувшего в 1820 году китобойного судна Essex, , которое протаранил кашалот, вдохновила Германа Мелвилла на создание Moby Dick . В нем также рассказывается вдохновляющая история о том, как геология пришла на помощь людям, потерпевшим кораблекрушение.

Дрейфующие на баркасах посреди Тихого океана восемь выживших в катастрофе, включая 14-летнего Томаса Никерсона, направились в Южную Америку.Когда они наконец достигли берега, обезвоженным морякам посчастливилось обнаружить пресные грунтовые воды, вытекающие из берега во время отлива. Эта вода спасла им жизни.

Оказывается, удачное наблюдение Никерсона не так уж необычно. Почти 97 процентов годной к употреблению пресной воды в мире находится под землей, и содержимое этого огромного подземного резервуара иногда просачивается в океан. Фактически, везде, где водоносные горизонты гидравлически связаны с океаном, подводные грунтовые воды могут сбрасываться в море, а соленая вода может проникать на сушу в пресные водоносные горизонты.

Поскольку большинство людей предпочитают жить вдоль побережья, взаимодействие грунтовых и морских вод становится все более важным для понимания. Уместные вопросы включают: сколько грунтовых вод перетекает с суши в море? Что та вода несет с собой? Как деятельность человека влияет на качество подземных вод и прибрежную экосистему?

Исторически исследования прибрежных подземных вод были сосредоточены на проникновении соленой воды во внутренние пресноводные водоносные горизонты, что может иметь ужасные последствия для источников питьевой воды.Мало внимания уделялось сбросу подводных грунтовых вод в прибрежные воды океана, потому что ученые считали его незначительным по сравнению с сбросом из рек и других поверхностных вод. Статистически они были правы: подземные воды составляют от 5 до 10 процентов притока пресной воды в океан.

Однако в последние годы сбросу подводных грунтовых вод уделяется больше внимания, поскольку новые исследования показывают, что это больше, чем просто обмен водой между сушей и морем.Поток грунтовых вод в океан имеет решающее значение, потому что эти жидкости часто несут значительное количество растворенных питательных веществ и загрязнителей. Появление мутной, заполненной водорослями воды в некоторых из наших гаваней и заливов — результат слишком большого количества питательных веществ и загрязнителей — может быть результатом этого незаметного поступления питательных веществ.

Растворение воды, удаление воды

Расход подземных вод, по-видимому, является важным фактором для определения химического состава прибрежных океанов. Когда пресные грунтовые воды текут к морю, они поднимаются над более плотной соленой водой.Пресная и соленая вода смешиваются вдоль границы раздела, и образующийся флюид выходит на берег. Эта граница раздела между подземными водными массами недавно была описана как «подземный эстуарий», зона смешения пресной и соленой воды, аналогичная области, где река встречается с океаном.

Множество реакций и преобразований как внутри суши, так и у побережья могут влиять на количество растворенных химических веществ, проходящих через этот подземный эстуарий.Азот, фосфор и другие загрязнители могут попадать в грунтовые воды с помощью различных механизмов. Отходы и питательные вещества вымываются из септических систем. Дождь переносит атмосферные загрязнители, и земля разливается через почву. В конце концов, эти химические вещества текут под землей к океану, как и в поверхностных притоках.

Когда эти растворенные химические вещества достигают прибрежных вод, они могут влиять на численность растений и других живых организмов. Например, грунтовые воды нередко содержат растворенный азот в концентрациях от 100 до 1000 раз больше, чем в морской воде.Например, азот из человеческих источников привел к чрезмерному обогащению (эвтрофикации) многих прибрежных заливов и водных путей.

Под скалами и камнями

Подземные воды часто протекают на большие расстояния и во времени. В отличие от поверхностных эстуариев, в которых вода ограничена по горизонтали топографией — например, холмы и берега ограничивают воду каналами или ручьями, — грунтовые воды текут по всей земной коре. Почвенная и подземная геология играют жизненно важную роль в влиянии на направление и скорость течения грунтовых вод.

Модели разгрузки подводных подземных вод являются результатом сложных взаимодействий между гидрологическими, химическими, геологическими и антропогенными воздействиями. Для точной оценки и прогнозирования этих потоков было разработано множество разрозненных методов. Чтобы распутать этот узел взаимосвязанных влияний, ученые должны работать в разных дисциплинах, объединяя химиков с геологами, гидрологов с разработчиками математических моделей.

Например, модели полезны для исследования и интеграции сложных систем сброса подземных вод, а также для прогнозирования воздействия деятельности человека.Модели предлагают идеализированные математические описания того, как гидрология и подземная геология могут влиять на сток. Но для обоснования этих моделей в реальности требуется достаточно точная трехмерная карта подземной геологии.

Такие карты требуют полевого отбора проб и бурения скважин в земле, что может быть инвазивным и дорогостоящим. Данные из скважин имеют высокое разрешение — ученые могут «видеть» особенности в недрах размером до сантиметра, но каждая дыра на Земле представляет собой очень маленькую пробу отложений только в одном месте.

Исследователи также используют геофизические методы, такие как геофизический радар, электромагнитное сопротивление и сейсмические исследования, которые используют магнитные и звуковые свойства горных пород и отложений для исследования обширных участков под поверхностью. Такие технологические подходы теперь менее дороги, менее инвазивны для окружающей среды и с большей вероятностью позволяют быстро нанести на карту большие территории.

Но эти инструменты предоставляют только знания о конкретных физических свойствах подземной геологии; они не говорят нам, какие типы отложений находятся под поверхностью.Для этого у нас должны быть прямые образцы (полученные путем бурения), которые мы затем можем сопоставить с геофизическими данными.

Лучший способ нанести на карту подземную среду и ее влияние на поток грунтовых вод — это комбинировать методы. Буря скважины и проводя геофизические исследования, мы можем собрать достаточно данных для построения реалистичных карт геологической среды, что, в свою очередь, сделает наши модели более реалистичными.

Вода на дне океана

По мере того, как мы разрабатываем карты подземного ландшафта, мы также можем получить представление о системе грунтовых вод, если сможем точно увидеть, где грунтовые воды входят в море, сколько вытекает и с какой скоростью движутся грунтовые воды.Воздушное тепловидение, использующее разницу температур между грунтовыми и поверхностными водами, оказалось особенно полезным инструментом для определения места разгрузки подземных вод.

Например, на Кейп-Коде подземные воды поддерживают температуру от 10 ° до 15 ° C в течение всего года; температура поверхностных вод океана колеблется от 25 ° C летом до 0 ° C зимой. Используя инфракрасные камеры на самолетах и ​​дирижаблях, мы можем обнаружить этот тепловой контраст и увидеть, где происходит разгрузка грунтовых вод. Обладая этой информацией, мы можем соотнести характер разгрузки подземных вод с тем, что мы знаем о гидрологических и геологических особенностях.Комбинация наблюдений дает подсказки о том, что может контролировать сброс, и дает цели для будущих мест отбора проб во время полевых работ.

Тепловизионный снимок показывает место разгрузки подводных грунтовых вод, но не скорость потока. Чтобы определить это количественно, исследователи обратились к химическим индикаторам. Концепция относительно проста: в зонах разгрузки грунтовых вод мы обнаруживаем и отслеживаем химическое вещество в грунтовых водах, которое имеет другую сигнатуру или более высокую концентрацию, чем в поверхностных водах.Зная концентрацию природных индикаторов в грунтовых водах, мы можем оценить, сколько жидкости требуется для учета избыточных уровней, наблюдаемых в океане.

Естественные изотопы радия и радона в земной коре оказались полезными индикаторами разряда подземных вод. Радий и радон выщелачиваются из горных пород и отложений, которые окружают и вмещают водоносные горизонты подземных вод, и они часто становятся концентрированными, потому что они не подвергаются циклическим колебаниям или разложению в такой степени, как в незащищенной морской воде.

Снять воду, отнести воду

Существует старый, хорошо зарекомендовавший себя механический подход к измерению грунтовых вод, который недавно получил новую жизнь: счетчик фильтрации. Измеритель фильтрации, созданный в 1970-х годах, по сути, представляет собой верхнюю половину 55-галлонной бочки, размещенной над границей раздела, где грунтовые воды просачиваются из отложений в океан. Просачивающиеся грунтовые воды заполняют пластиковый мешок, соединенный с верхней частью барабана, и количество жидкости, уловленной за единицу времени, позволяет оценить поток.

Проблема со старомодными фильтрационными расходомерами заключается в том, что они требуют больших затрат времени и труда: если вы хотите измерять расход в течение 24 часов, вам нужно находиться рядом с оборудованием в течение 24 часов. Более длительные наблюдения могут стать утомительными, не говоря уже о расточительстве, когда драгоценное время исследования тратится на присмотр за оборудованием.

В последние годы мы разработали автоматизированные измерители фильтрации, которые позволяют исследователям непрерывно отслеживать поток подземных вод в течение недели даже в отдаленных районах.Теперь возможно получать долгосрочные записи расхода подводных грунтовых вод с высоким разрешением с помощью автоматического автоматического счетчика, пока мы вернулись в лабораторию, работая над другими частями головоломки с грунтовыми водами. Недавно мы работали с Геологической службой США над выполнением таких измерений в рамках их долгосрочной программы восстановления экосистемы Эверглейдс во Флориде.

Снова в синее

Взаимодействие прибрежных грунтовых и морских вод изучается во многих частях мира, включая юго-восточное побережье США, Средиземное море, Австралию и Кейп-Код.Почти во всех этих местах новые данные свидетельствуют о том, что подводный сток подземных вод является важным источником растворенных элементов в океане. Однако было проведено несколько комплексных геохимических исследований таких сред.

Вот почему мы работаем вместе как гидролог подземных вод и морской химик. Благодаря междисциплинарному сотрудничеству мы сможем увидеть большую картину, которая может затеряться в деталях ограниченной научной направленности. В ближайшие годы мы планируем работать с другими геологами, геофизиками и химиками WHOI, чтобы расширить наш взгляд на проблему, проведя всестороннее исследование всей системы сброса подземных вод от берега до суши.

Чтобы лучше понять важность грунтовых вод для нашей прибрежной среды, мы должны применять междисциплинарный подход. Правильное управление прибрежными водными ресурсами, которые становятся все более захваченными естественными и антропогенными формами загрязнения, требует, чтобы мы больше узнали о количестве и качестве этих ресурсов.

Национальный научный фонд, Институт прибрежных океанов ВОЗI, Фонд Коув-Пойнт и Национальное управление океанических и атмосферных исследований обеспечивают финансирование этого исследования.

водоносных горизонтов Флориды — SJRWMD

Основным источником воды для большинства из нас на северо-востоке и в центральной Флориде являются подземные водоносные горизонты.

Водоносные горизонты можно рассматривать как обширные подземные пористые породы, которые удерживают воду и позволяют воде проходить через отверстия в породе. Водоносные горизонты могут состоять из различных видов земляных материалов, таких как песок, ракушечник и известняк. Пресная и соленая вода заполняют отверстия в скале разного размера. Пресная вода обычно заполняет самые верхние части водоносных горизонтов, в то время как соленая вода присутствует на большей глубине.

В некоторых районах вода в водоносном горизонте ограничена или перекрыта толстым слоем глины, а затем более песчаной почвой, доходящей до поверхности земли. Там, где вода в водоносном горизонте ограничена, вода находится под давлением. Давление позволяет воде подниматься в колодце над верхней частью водоносного горизонта, а в некоторых местах вода поднимается над поверхностью земли без насоса, создавая артезианскую скважину со свободным течением.

В некоторых районах вода в водоносном горизонте Флоридана непригодна для питья без какой-либо химической обработки, поскольку она содержит различные минералы или соли.Соленая вода, которая тяжелее пресной воды, может просачиваться в колодцы с питьевой водой — процесс, известный как вторжение соленой воды, в результате чего вода становится слишком соленой для питья.

Соленая вода присутствует повсюду в водоносном горизонте глубоко под пресной водой. Вторжение соленой воды происходит, когда скважины пробурены слишком глубоко или когда из водоносного горизонта перекачивается слишком много пресной воды, позволяя соленой воде заменять пресную воду.

Вода, хранящаяся в водоносном горизонте, пополняется или пополняется за счет дождя. В среднем во Флориде выпадает 51 дюйм осадков в год.Однако не весь дождь достигает водоносного горизонта. Около 38 дюймов испаряется или стекает с земли в поверхностные воды, такие как озера, реки и ручьи, прежде чем успеет впитаться в землю. Это оставляет в среднем 13 дюймов в год для подпитки водоносного горизонта на ограниченных участках.

Ученые определили — или «датировали возраст» — воды во Флоридском водоносном горизонте от 17 до 26 000 лет. Возраст воды варьируется из-за того, что вода просачивается по вертикали и перемещается по горизонтали через разные типы почвы.Песчаные почвы лучше всего подходят для просачивания воды в землю, в то время как такие почвы, как глина, проникать труднее.