Сколько воды под землей: Ученые подтвердили огромные запасы воды в сотнях километров под землей

7 фактов, которые вы могли не знать о воде.

1) Вода покрывает 70% поверхности Земли, и при этом составляет всего лишь 1/1000 ее объема.

На этом изображении продемонстрировано, что произойдет, если всю воду Земли — от океанов до морей, от ледяныех шапок до озер и атмосферных паров — убрать с поверхности и объеденить в единую сферу.

По объему Земля составляет около 1000 млрд кубических километров. Всей воды на Земле в тысячу раз меньше, всего 1,4 миллиарда кубических километров — или около 1400 километров в диаметре. Это примерно длина Мадагаскара.

2) 97,5% воды в мире является соленой водой, и только 2,5% приходится на пресную воду.
 

Из 1400 миллионов кубических километров воды на Земле, пресная вода составляет всего лишь 35 млн кубов — или около 2,5% от общего объема. Лишь около 0,3% от этой пресной воды легко доступны для использования людьми. Остальная вода либо заморожена, либо находится под землей.

Таким образом, для людей остается около 100 000 кубических километров пресной воды.

3) На каждого человека приходится около 6 олимпийских бассейнов доступной пресной воды.

Если общий запасов доступной пресной воды составляет около 100 000 кубических километров, то на каждого из 7 миллиардов человек на Земле приходится приблизительно 15 000 кубических метров воды — или 6 олимпийских бассейнов.

4) В Латинской Америке запасов пресной воды в 5 раз больше, чем в Восточной Азии.

Хотя в среднем по миру на каждого человека приходится 15 000 кубических метров пресной воды, очевидно, что эта вода распределена неравномерно.

По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации (FAO), Латинская Америка имеет самый высокий объем пресной воды на душу населения — почти в 5 раз больше, чем в странах к югу от Сахары или в Восточной Азии. Или в 20 раз больше, чем в Южной Азии и на Ближнем Востоке.

(Разумеется, что численность населения в Восточной Азии очень велика — так что подушевые цифры выглядят действительно столь низкими. Однако если вы оцените только лишь объем воды, то станет ясно, что в Латинской Америке действительно ее много.)

5) Менее половины сельского населения Африки южнее Сахары имеет доступ к улучшенным источникам воды.

Мы уже знаем, что пресная вода распределена по всему миру неравномерно. Но и здесь есть различия.

«Улучшенным источником воды» является либо водопровод, либо общая колонка, либо защищенные скважины или колодецы, действующие и летом, и зимой. «Неулучшенные источники» включают в себя коммерческую продажу воды, автоцистерны и незащищенные колодцы и родники. «Разумным доступом» к воде считается наличие не менее 20 литров на человека в день от источника в одном километре от жилья.

В 2000 году менее 50% людей, живущих в сельской Африке южнее Сахары имели доступ к улучшенным источникам воды. В городской местности этот показатель составляет более 80%.

6) 70% от используемых мировых запасов пресной воды расходуется в сельском хозяйстве

В 2011 году весь мир израсходовал свыше 3900 кубических километров пресной воды. 70% этого объема ушло на сельскохозяйственные нужды (скот и орошение), 20% было использовано в промышленных целях, а 10% пришлось на долю бытового водопользования.

7) Недостаточное водоснабжение и проблемы с канализацией ежегодно приводит к убыткам в размере 260 млрд. долл.

Наука: Наука и техника: Lenta.ru

В недрах Земли содержится огромное количество воды, в несколько раз превышающее объем Мирового океана. Как она туда попала, непонятно, а о ее роли в формировании и современной внутренней динамике планеты можно только строить догадки. Хотя в 2016 году ученые уже уверены в существовании, по крайней мере в прошлом, подповерхностного океана на Плутоне, об обилии воды в мантии Земли достоверно узнали только в 2014 году. Подробнее о неожиданных открытиях, совершенных в том числе с участием российских геофизиков, рассказывает «Лента.ру».

Материалы по теме

00:02 — 25 апреля 2016

О внутреннем строении Земли ученые знают не так много, как может показаться. Прямые исследования недр планеты исключительно затруднены. Распределение плотности внутри Земли можно оценить, например, наблюдая распространение сейсмических волн — на глубине в несколько десятков километров, на так называемой границе Мохоровичича, их скорость резко увеличивается с 7 до 8 километров в секунду. Это означает, что возмущение вещества перешло из менее плотной среды в более плотную — из коры в верхнюю мантию. В мантии волны тоже распространяются с разной скоростью — на глубине порядка 600 километров происходит замедление, возмущение переходит в зону нижней мантии и затем, на глубине около 2,9 тысячи километров достигает ядра.

Кроме того, помогает изучение минералов, которые когда-то находились в недрах планеты. Именно так и обнаружили подземную воду. В 2014 году международный коллектив геофизиков сообщил в журнале Nature, что в переходном слое между верхней и нижней мантией, на глубине 410-660 километров, имеются обширные запасы воды. Ученые провели рентгеноструктурный, рамановский и инфракрасный анализ образцов оливина, найденных близ реки Сан-Луис в современной Бразилии, и выявили в минерале содержащие воду включения рингвудита.

Материалы по теме

09:10 — 18 июля 2015

Живой Плутон

Что узнала станция New Horizons об окраинах Солнечной системы

Вода могла попасть туда только из переходной зоны мантии — на такую возможность ранее указывали теоретические расчеты и эксперименты. Согласно этим данным, оливин при высоких температурах и давлениях, характерных для мантии на глубине 410-660 километров, преобразуется в рингвудит и еще один минерал, вадслеит. Рингвудит и вадслеит поглощают на порядки больше воды, чем оливин — примерно до 2,5 процента их общей массы. В исследованном учеными образце содержалось до 1,5 процента рингвудита. Геофизики сделали вывод, что по крайней мере локально, то есть там, где из оливина возник рингвудит, мантия примерно на один процент по массе состоит из воды. Простые оценки показывают, что в недрах Земли воды хватит как минимум на несколько Мировых океанов.

Внутреннее строение Земли

Это подтвердила другая группа ученых, куда входили и российские специалисты. В 2015 году в журнале Nature они опубликовали статью с результатами исследования рингвудита, найденного в зеленокаменном поясе Абитиби на Канадском щите Северо-Американской платформы. Этот пояс представляет собой один из самых распространенных комплексов пород среднего и позднего архея. В глубину такие комплексы могут достигать 20 километров, в ширину — 200 километров, в длину — тысячу километров. В Канадском щите их шесть. Зеленокаменные пояса формировались на Земле 2,5-3,5 миллиарда лет назад — это указывает на возраст исследованного рингвудита и подземного океана, заключенного в минералы.

Материалы по теме

00:03 — 8 мая 2016

Изучая включения в оливине, геофизики выявили повышенное содержание воды в первичных расплавах коматиитов — продуктов вулканических извержений возрастом 2,7 миллиарда лет из пояса Абитиби. Коматииты, скорее всего, образовались в глубинной мантийной струе с потенциальной температурой плюс 1725 градусов Цельсия. Вода в мантийном источнике коматиитов была захвачена из промежуточной мантийной зоны на глубине 620-410 километров. При выполнении этой научной работы российские ученые из Института геохимии и аналитической химии имени Владимира Вернадского Российской академии наук разработали уникальный метод электронно-зондового микроанализа оливина с точностью определения примесных элементов в пять грамм на тонну, первыми в России запустив высокотемпературную (до плюс 1700 градусов Цельсия) экспериментальную установку с контролируемой летучестью кислорода.

Выводы ученых подтвердились. Британские и американские геофизики, проведя множество компьютерных квантово-механических расчетов, показали, что множество гидратированных, то есть включающих в себя воду, минералов, в частности брусит, при высоких давлениях и температурах, таких, как в недрах Земли на глубине 400-600 километров, являются термодинамически устойчивыми. Об этом сообщается в статье, опубликованной в 2016 году в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Материалы по теме

15:51 — 29 сентября 2015

Другой международный коллектив геофизиков проанализировал алмаз, выброшенный примерно 90 миллионов лет назад при извержении вулкана на поверхность Земли близ бразильской реки Сан-Луис. Инфракрасная микроскопия выявила в минерале включения, возникшие при его формировании и связанные с наличием гидроксильных ионов, которые, скорее всего, попали в минерал вместе с водой. Оказалось, что эти включения состоят главным образом из феррипериклаза (магнезиовюстита) — на него приходится примерно пятая часть минеральной фазы нижней, то есть расположенной на глубине 660-2900 километров мантии Земли. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Lithos.

Феррипериклаз состоит из оксидов железа и магния, а также может, при сверхвысоких давлениях и температурах, характерных для нижней мантии, поглощать хром, алюминий и титан. Между тем эти дополнительные включения в минерале не были обнаружены, значит, алмаз возник на глубине около тысячи километров. Таким образом, заключенная в минералы подземная вода находится не только на глубине 600-400 километров, но и в более глубоких слоях мантии.

Вода способна влиять на электропроводность мантии и ее подвижность. Ученые пока не могут точно сказать, почему ее так много в недрах Земли и как она туда попала. Ранее геофизики полагали, что вода внутрь планеты проникает из Мирового океана в результате субдукции — погружения одной литосферной плиты под другую. Аномально высокую концентрацию воды в исследованных минералах таким механизмом не объяснить. Вероятнее всего, подземная вода образовалась при формировании планеты. Прояснить ситуацию ученые попробуют, проанализировав коллекцию коматиитов, собранных в африканской провинции Барбертон. Возраст этих затвердевших древних лав оценивается в 3,3 миллиарда лет.

Вода на Земле: Сколько её у нас на планете, и какой объём этой воды приходится на питьевую воду?

Во вселенной Земля выглядит как огромный голубой гигант – более двух третей её поверхности покрыто водой. Но жажду восьми миллиардов человек можно утолить объёмом меньше одного процента от её общего количества. Некоторым приходится ежедневно бороться за один лишь глоток питьевой воды.

Поверхность Земли

Обычно такую воду можно найти в реках, озерах, снеге, во льду и под землёй. Наконец, лишь 1% воды на самом деле доступен жителям этой планеты.

Однако доля питьевой воды падает ещё ниже, насчитывая лишь 0,007% от общего объема воды на нашей планете.

Страны с самыми большими запасами питьевой воды

По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединённых Наций (ЮНФАО) самые большие в мире запасы питьевой воды находятся в следующих 9 странах:

Источник: FAO.org

Оказывается, что первое место занимает пятая по величине страна в мире – Бразилия, с её 8233 кубическими километрами питьевой воды. В основном благодаря реке Амазонке, её водосборной площади и субтропическому климату с обильными осадками.

Река Амазонка в Южной Америке имеет самый большой суммарный поток по сравнению со всеми реками мира.

Однако парадокс заключается в том, что в последние годы обитатели крупнейшего города Бразилии Сан-Пауло страдают от серьёзного дефицита питьевой воды.

В основном, это более бедная часть населения, обитающая на городских окраинах — на холмах, куда редко поступает вода по трубопроводу.

Источник: Espresso.repubblica.it

В частности, это происходит из-за плохого устройства канализации, недостаточной муниципальной очистки сточных вод и сухого лета два года подряд.

Озеро Байкал под угрозой

До 1/5 мировых запасов питьевой воды находится в озере Байкал. Оно находится рядом с крупнейшим сибирским городом Иркутском и считается старейшим и самым глубоким озером на Земле.

Озеро Байкал содержит до 1/5 мировых запасов питьевой воды.

Но уже в 2015 г. учёные сделали предупреждение, поскольку уровень озера упал до своего 30-летнего минимума. В настоящее время ему также угрожают планы монгольских инвесторов, намеревающихся построить два водохранилища на реке Селенге, основной реке, питающей это озеро.

Эксперты предупреждают, что это может повлечь такие же последствия, как и перемещение двух основных притоков Аральского моря в 1960-х гг. Советы отвели русла рек Амударья и Сырдарья в пустыню, где они должны были орошать поля риса, арбузов и хлопка. Вот почему Аральское озеро почти высохло за 40 лет.

Размеры Аральского озера сильно сократились, лишившись своих основных двух притоков. Слева – спутниковый снимок озера, сделанный в 1989 г., фотографии справа датированы 2014 г. Источник: Wikimedia.org

Хранение питьевой воды

По информации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), примерно 8 миллионов людей в мире не имеют доступа к чистой питьевой воде.

Свыше 3,5 миллионов человек умирает каждый год из-за болезней, вызванных потреблением грязной и нефильтрованной воды.

Девочка пьёт загрязнённую воду. Источник: Allaboutwaterfilters.com

Учитывая явление прямо пропорционального роста населения и стагнирующего уровня мировых водных потоков, по расчетам, к 2025 г. до 1,8 млрд. людей будут жить в зонах, лишенных доступа к безопасной питьевой воде.

Кризис питьевой воды в Кейптауне – они столкнулись с кризисом питьевой воды с начала 2018 г. Источник: QZ.com

Кроме того, две трети населения будет жить в областях, где вода станет драгоценным природным ресурсом из-за её непродуманного использования, избыточного роста сельхозпроизводства и ухудшения климата.

Также ввиду таких оценок ещё важнее, чем в прошлом становится планирование, реализация и использование систем очистки сточных вод. Обратитесь к нам и давайте вместе выберем подходящую систему очистки сточных вод для вас.

В мантии Земли найдены гигантские запасы воды

13 июня 2014

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Запасов воды в подземном океане достаточно, чтобы затопить планету до верхушек высочайших гор

Огромные запасы воды, в три раза превышающие объем мирового океана, обнаружены в недрах Земли. Это открытие может бросить свет на происхождение воды на нашей планете.

Вода эта содержится в горной породе рингвудит, которая залегает на глубине 700 км в земной мантии. Это форма уже давно известного минерала оливина, из которого в основном состоит земная мантия.

Огромные размеры этого водного резервуара подтверждают гипотезу о том, что вода на нашей планете возникла в процессе ее формирования еще на самых ранних этапах эволюции Солнечной системы.

Этой гипотезе всегда противостояла другая — что вода на Землю была принесена кометами примерно в тот же период.

«Эти данные подтверждают, что вода на Земле имеет внутреннее происхождение», — говорит доктор Стивен Джейкобсен из Северо-Западного университета в штате Иллинойс, который возглавлял группу исследователей.

Об открытии

пишет журнал New Scientist.

Загадки земной воды

Эти скрытые гигантские запасы воды могут также объяснить, почему в течение миллиардов лет объем мирового океана остается в целом неизменным.

Автор фото, JOE SMYTH

Подпись к фото,

Минерал рингвудит, вероятно, имеет голубой оттенок

Ученые воспользовались показаниями 2 тысяч сейсмографов, которые фиксировали акустические колебания, порожденные в ходе более, чем 500 землетрясений.

«Такие акустические колебания заставляют Землю звенеть как колокол в течение нескольких дней после подземного толчка», — говорит доктор Джейкобсен.

Породы, насыщенные водой, задерживают такие колебания больше, чем сухие. Джейкобсен заранее рассчитал, насколько изменится скорость акустических волн при прохождении через породы, состоящие из минерала рингвудит.

Он синтезировал этот минерал в лаборатории и подверг его гигантским давлению и температуре с целью воспроизведения условий, существующих на глубине 700 км.

Наблюдения за распространением сейсмических волн при землетрясениях показывают, что их скорость резко меняется на границе верхней и нижней мантий Земли на глубине 410-660 километров.

Ученые предположили, что это происходит из-за изменений, которые претерпевает на большой глубине структура минерала оливина, составляющего большую часть верхней мантии.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Загадка происхождения воды на Земле давно не дает покоя ученым

Эту форму оливина назвали рингвудитом. До сих пор никто не видел рингвудит, извлеченный из земной мантии, так как глубина, на которой он должен залегать, слишком велика для добычи образцов.

Недоступная вода

И действительно, сейсмографы подтвердили существование залежей рингвудита в переходной зоне между верхними и нижними слоями мантии. На этой глубине температура и давление способствуют выделению воды из минерала.

«Это зернистая порода, и вода выделяется в пространстве между конкрециями, как будто минерал потеет», — говорит ученый.

Автор фото, RICHARD SIEMENS

Подпись к фото,

Первый алмаз со следами рингвудита был обнаружен в Бразилии

Канадские геохимики из университета Альберты в Эдмонтоне во главе с Грэмом Пирсоном ранее получили данные, подтверждающие результаты американских коллег.

Пирсон изучал алмазы, вынесенные на поверхность с вулканической лавой, и обнаружил в них признаки присутствия минерала рингвудит. Это стало первым свидетельством того, что в земной мантии могут содержаться большие запасы воды.

Пока что Джейкобсен имеет данные о том, что рингвудит присутствует только на территории США. Сейчас он хочет доказать, что этот минерал присутствует в мантии всей планеты.

«Мы должны быть благодарны за этот подземный водный резервуар, — говорит американский геохимик. — Если бы его там не было, он существовал бы на поверхности Земли, и тогда бы над морем возвышались бы только верхушки самых высоких гор».

Сколько воды на Земле?

Вода — ресурс, вода — энергоноситель, вода — транспортная система, вода — основа жизни. Поэтому подсчет запасов воды ведется давно. Разработаны способы определения площади и глубины водных объектов, созданы приборы для измерения скорости течения, других физических и химических характеристик. Все это позволяет оценить запасы воды на нашей планете.

Считается, что 70,8% поверхности земного шара покрыто водой. Поэтому нашу Землю можно назвать Планетой воды, или Планетой Океана. Действительно океан занимает 360 млн. км2 при общем размере поверхности планеты 510 млн. км2. Но на самом деле гидросфера значительно больше. Так, ледники покрывают 16,3 млн. км2, или 11% суши. Озера и водотоки на суше занимают значительно меньшую территорию — 2,3 млн. км2, или 1,7% суши, болота и сильно увлажненные земли — 3 млн. км2, или 2% суши. Поэтому на Земле постоянно покрыты водой не 360, а 380 млн. км2 поверхности, или 75%. Итак, правильнее считать, что 3/4 земного шара постоянно покрыто водой. Однако не надо забывать и про зимний снежный покров. Самую большую площадь на суше занимает зимой снежный покров Северного полушария — 59 млн. км2. В этот период года площадь, занятая гидросферой, составляет 439 млн. км2, или 86% всей поверхности земного шара. Снег засыпает тропинки, дороги, тротуары, и люди вынуждены мириться с капризами и прихотями природы.

Чтобы достаточно точно определить площади, покрытые водой на Земле, необходимо было построить точные карты всей планеты, в особенности океана. Еще в XVIII и начале XIX в. подобных карт не существовало. Поэтому многие ученые считали, что океан занимает только половину поверхности земного шара. Лишь в XX в. научились определять площади водных объектов. Но для оценки объемов воды необходимо иметь карту глубин, а для определения стока рек — уметь измерять скорости течения воды. Еще во времена первых полетов в космос наука о нем знала больше, чем о рельефе дна и глубинах океана. И лишь во второй половине XX в. ученые смогли ответить на многие вопросы, которые вставали перед нами при изучении Мирового океана.Если океан представляет собой единую массу воды, то на суше гидросфера состоит из множества отдельных водных объектов, как на поверхности, так и под землей. Их десятки миллионов. Поэтому наблюдения и измерения ведутся только за достаточно крупными объектами, в результате точность данных об объемах водных объектов суши ниже, чем для океана. За все время существования Земли, по оценкам российского ученого О. Г. Сорохтина, из ее недр было дегазировано 2,17 млрд. км3 воды. Но не вся эта вода поступила в гидросферу. Часть ее пошла на формирование земной коры. А оставшаяся вода образовала гидросферу планеты объемом 1,5 млрд. км3. Основная масса воды находится в Мировом океане. Он содержит 1370 млн. км3 воды. Но эта вода малопригодна для хозяйства, так как каждый ее литр содержит в среднем 35 г солей. В ледниках сосредоточено 28 млн. м3 воды (объем льда пересчитан в объем воды, так как лед легче жидкой воды). В подземных водах примерно 100 млн. км3, но это не точная цифра, так как учесть все подземные воды невозможно. Остальные водные объекты можно назвать малыми по сравнению с океаном. Среди них самые крупные — это озера. Общий объем воды в озерах оценивается по-разному, в зависимости от того, относят ли к озерам Каспийское и Аральское моря. Трудность оценки заключается также в огромном количестве озер на Земле, общий объем воды которых никогда не измерялся. В почве содержится около 10 тыс. км3 воды, в болотах -примерно столько же. В руслах рек в каждое данное мгновение воды содержится всего 2 тыс. км3, а в атмосфере — всего 1,4 тыс. км3. Из суммы всех этих величин и складывается масса воды в гидросфере. Она равна 1500 млн. км3.

Человеку для жизни и производственных потребностей нужна пресная вода

Сколько воды осталось на Земле

Вопрос о воде (как чистой питьевой, так и океанской соленой) сейчас актуален как никогда. Промышленность растет, а вместе с ней растет и потребление чистой воды. Но как лучше всего донести до людей тот факт, что на Земле действительно осталось очень мало воды? Ведь если любой человек посмотрит вокруг он увидит: реки, озера, моря, некоторые даже океаны. Ну и какие проблемы? Вот же она, вода! Еще очень много кажется осталось.

Но на самом деле это не так. По соотношению общего объема всей воды на Земле к общему объему всей нашей планеты можно легко заметить, что воды очень и очень мало:

Перед нами наша родная планета, но только с нее испарилась вся вода из всех рек, озер, морей, океанов, подземных вод, ледников и (!!!) даже из всего живого (а в человеке в среднем до 35 литров воды). Вся эта испарившаяся вода собрана в один небольшой шарик, который поставили в сравнение с пустынной Землей.

Эту очень наглядную иллюстрацию создали в геологической службе США (USGS). Что интересно – совершенно без всяких схем, чисел, пояснений и легенд, эта инфографика дает понимание сразу всей картины в целом.

Эта их работа получила столько откликов, что ученые решили продолжить свои поиски и создать еще несколько работ для большего понимания проблемы с водой на Земле.

Следующей их работой стала иллюстрация, которая сравнивает количество всей воды на планете за вычетом пресной воды (т.е. той, которая пригодна для употребления человеком без дополнительной обработки):

Пресная вода – это совсем крохотный шарик справа от большого.

После этого было проведено исследование, которое выявило общее количество воды на спутнике Юпитера – Европе:

Оказывается, что на Земле меньше воды, чем на каком-то спутнике! Но, если вы подумали, что раз там есть вода, то там должна быть и жизнь, то вы неправильно подумали. Юпитер – это пятая планета от Солнца, поэтому, увы, температура на поверхности несравнима с Землей. Однако, воды на Европе остается в жидком состоянии благодаря очень высокому давлению. Именно оно не дает жидкости перейти в твердое состояние – стать льдом.

Все исходные данные, а также комментарии самих создателей можно найти на их сайте.

Жажда мира: как скоро на нашей планете кончится пресная вода?

Вода на Земле

Общеизвестно, что ни один живой организм на нашей планете не может прожить без воды. В одном из своих физических состояний вода присутствует практически в каждом уголке Земли. Огромное влияние она оказала и на историю планеты − только благодаря ей Земля приняла сегодняшний внешний вид с океанами, растениями, живыми существами.

Общий запас воды на планете сегодня составляет около 1,4 млрд м³. На каждого человека таким образом приходится порядка 200 млн м³. На первый взгляд, это огромное количество. Однако нужно учесть тот факт, что 96,5% запасов − соленые воды Мирового океана, которые непригодны для употребления, а еще 1% − подземные воды. Таким образом, запасы пресной воды − всего лишь 2,5% от общего количества воды на Земле. При этом практически вся вода, которую сегодня потребляет человечество, берется из озер, рек и подземных источников, тогда как основные запасы находятся в ледниках и глубоких водоносных горизонтах. 

Катастрофическая статистика

ООН каждые три года публикует доклад, который представляет самое точное описание текущего состояния мировых пресноводных ресурсов. Последнее исследование было обнародовано в 2012-м − и результаты его неутешительны.

12 марта в Марселе эксперты Организации Объединенных Наций объявили, что планета находится сегодня на грани водной катастрофы. Острый дефицит питьевой воды на Земле испытывает каждый 10-й − а это около 780 млн человек. Из них 40% − жители Африки: стран, расположенных южнее Сахары. И, согласно прогнозам, ежегодно этот показатель будет только ухудшаться.

Еще более удручающие данные приводит французское благотворительное общество Solidarites International: в настоящее время из 7 млрд жителей Земли более 1,9 млрд человек нуждаются в доступе к чистой воде.

Нужно учитывать и тот факт, что по мере роста населения планеты будет увеличиваться не только потребность в питьевой воде, но и в продуктах питания, производство которых невозможно без пресной воды. Согласно прогнозу ООН, к 2050-му году человечеству понадобится на 70% больше воды и на 20% больше пищи.

Громадная нагрузка ляжет на грунтовые воды: по расчетам экспертов, в течение 50 лет расход подземных вод увеличится в 3 раза. Ученые ООН прогнозируют, что к 2050 население планеты достигнет 9 млрд человек. Сегодня каждый человек выпивает от 2 до 4 литров воды в день, однако основная часть запасов тратится на производство продуктов питания. Например, чтобы получить 1 кг говядины или 1 кг пшеницы, необходимо 15 тысяч литров.

По словам представителей организации, проблема недостатка водных ресурсов сегодня стала настолько актуальной, что требует немедленного переосмысления подходов к ее решению. Вода имеет огромное значение для сохранения природной среды и уменьшения масштабов нищеты и голода. Без нее невозможно будет говорить о здоровье и благосостоянии населения Земли.

Главные риски

Существенно осложняют проблему нехватки пресной воды такие факторы, как высокие темпы увеличения численности человечества, климатические изменения, в том числе глобальное потепление, загрязнение водных ресурсов. Многие государства сегодня находятся на пределе использования водных ресурсов.

Истощение и ухудшение качества воды обусловлено стремительным ростом населения, нерациональным использованием ресурсов. Во многих странах наблюдается серьезное социальное напряжение, вызванное нехваткой водных ресурсов, между крестьянами, горожанами и промышленностью. Это вынуждает говорить экспертов ООН о переходе проблемы из экологической сферы в политическую.

В развивающихся странах неравный доступ к услугам, которые требуют использования воды, до сих пор остается обычным явлением. Государства не обеспечены чистой водой для потребления и производства пищи. Если ничего не будет предпринято, то к 2030 году почти 5 млрд человек, т.е. 67% человечества, не будут обеспечены чистой водой. Согласно представленному отчету, если в 2000 году дефицит воды оценивался в 230 млрд м³ в год, то к 2025 он увеличится до 2 трлн м³ в год.

К 2030 году 47% населения планеты будет жить под угрозой водного дефицита. В Африке уже к 2020 году из-за изменений климата в подобной ситуации окажутся до 250 млн человек. Ожидается, что нехватка воды станет причиной активной миграции, которая коснется до 700 млн человек, проживающих в пустынных и полупустынных регионах.

По данным Организации Объединенных Наций, практически 80% заболеваний, распространенных в развивающихся странах, которые ежегодно уносят жизни 3 млн человек, вызваны плохим качеством воды. Ежедневно от диареи умирают 5 тысяч детей. Улучшив водоснабжение и методы очистки воды, можно избежать 10% всех заболеваний в мире.

Согласно информации Института мировых ресурсов, самыми неблагополучными странами мира по обеспеченности водой являются 13 государств, из которых 4 входили в СССР — Туркмения, Узбекистан, Азербайджан, Молдавия.

По данным экспертов ООН, к 2025 году Россия, страны Скандинавии, Южная Америка и Канада окажутся регионами, которые лучше всего обеспечены пресной водой — более 20 м³ в год на каждого жителя. По объему пресной воды Россия занимает ведущие место в Европе.

Новый рычаг влияния для России

В скором времени вода может превратиться в стратегический ресурс. Ученые всерьез говорят о возможности водных войн и вооруженных конфликтов. Всего на Земле около 215 крупных рек и более 300 бассейнов подземных вод, которые контролируют сразу несколько стран.

За последний год свыше 20 млн человек были вынуждены покинуть дом из-за нехватки воды. Острый ее дефицит испытывают страны — южные соседки России. Если не будут предприняты меры, через полвека человечество столкнется с нелегким выбором: что важнее — пища или вода. Утешает лишь тот факт, что основные запасы пресной воды на Земле расположены в России и Бразилии.

По мнению российских специалистов, наша страна имеет хорошие шансы получить новую сферу влияния. Подумать только: при нынешних ценах на воду экономический потенциал, которым обладают гидроресурсы страны, оценивается в сумму более 800 млрд долларов в год.

«В постнефтяной период именно водоемкие технологии могут стать основой экономики России. Гидроресурсы страны превышают 97 тыс. м³ — что в денежном эквиваленте составляет 800 млрд долларов в год, — рассказывает директор Института водных проблем В. Данилов-Данильян. — У России есть отличный шанс перескочить из «нефтяного» периода в «водный», значительно укрепив свои экономические позиции», — отмечает эксперт.

В докладах ученых говорится, что в ближайшее время особую ценность на мировом рынке будет представлять не сама вода, а водоемкая продукция. «Повышение цен на водоемкие товары неизбежен по мере увеличения нехватки водных ресурсов. Выиграть войну за воду очень сложно — поэтому весьма вероятно, что конкуренция перейдет в область производства зерновых», — рассказывает академик Российской экологической академии и ведущий научный сотрудник Института системного анализа РАН Р. Перелет. Он также отмечает, что страны, которые одержат победу в этом соревновании, будут сильны скорее в финансовом, чем в военном отношении.

Ежегодный объем «виртуальной» воды — т.е. той, что вложена в товары, — составляет около 1,6 тысяч м³. Около 80% от этого объема приходится на товары сельского хозяйства, оставшиеся 20% — на промышленные.

«С/х остается самым большим потребителем воды в мире. Около 70% всей воды из поверхностных источников и грунтовых вод тратится на ирригацию сельскохозяйственных земель. Еще 20% идет на нужды промышленности и лишь 10% тратится на бытовые цели», — отмечает основатель объединения «Экокластер» А. Коновалов. По его мнению, если Россия будет рационально развивать органическое сельское хозяйство, которое не будет засорять почву и грунтовые воды химикатами, а также внедрять природоохранные технологии, то страна может в скором времени стать крупнейшим экспортером водоемкой продукции.

Ринат Перелет говорит и о том, что сегодня торговля водоносными сельскохозяйственными землями стала развиваться стремительными темпами. Эксперт указывает, что покупают для продовольственных нужд не столько земли, сколько связанную с ними воду. С 2006 года более 15 млн гектар с/х земель в развивающихся странах были «на прицеле» у зарубежных инвесторов. Суммы сделок астрономические — речь идет о 30 млрд долларов.

Хотя Россия определенно является одним из лидеров по запасам водных ресурсов, в стране существует множество проблем, связанных с водообеспечением. Одной из трудностей является тот факт, что ресурсы распределены по территории страны неравномерно. Большая часть населения и промышленных предприятий расположены в европейской части России, тогда как реки преимущественно находятся в Сибири. В итоге активно используются только 3 тысячи рек из 3 миллионов. Это создает огромную нагрузку на реки, расположенные в европейской части страны.

В ближайшие 10 лет Россию обойдут стороной водные кризисы, которые обещают эксперты ООН мировому сообществу. Однако это не должно быть поводом для радости. Нужно немедленно предпринимать меры, чтобы повсеместно внедрить технологии, предотвращающие загрязнение водных ресурсов и делающие возможным их возобновление.

Подземные воды | Информация о воде Земли

Содержание страницы Кимберли Маллен, CPG

Распределение воды на Земле

Земля известна как «Голубая планета», потому что 71 процент поверхности Земли покрыт водой. Вода также существует под землей и в виде водяного пара в воздухе. Вода — конечный источник. Вода в бутылках, потребляемая сегодня, может
быть той же водой, которая когда-то текла по спине шерстистого мамонта. Земля — ​​замкнутая система, а это означает, что очень небольшое количество вещества, включая воду, когда-либо покидает или входит в атмосферу; вода, которая была здесь миллиарды лет назад, все еще здесь
сейчас.Но Земля очищает и пополняет запасы воды через гидрологический цикл.

Земля изобилует водой, но, к сожалению, лишь небольшой ее процент (около 0,3 процента) может быть использован даже людьми. Остальные 99,7% находятся в океанах, почвах, ледяных шапках и в атмосфере. Тем не менее, большая часть из 0,3%, которые
можно использовать недостижимо. Большая часть воды, используемой людьми, поступает из рек. Видимые водоемы называются поверхностными водами.Большая часть пресной воды фактически находится под землей в виде почвенной влаги и в водоносных горизонтах. Подземные воды могут
подпитывать ручьи, поэтому река может продолжать течь даже в отсутствие осадков. Люди могут использовать как грунтовые, так и поверхностные воды.

Распределение воды на Земле

• Океанская вода: 97,2 процента
• Ледники и другой лед: 2,15 процента
• Подземные воды: 0,61 процента
• Пресноводные озера: 0,009 процента
• Внутренние моря: 0.008 процентов
• Влажность почвы: 0,005 процента
• Атмосфера: 0,001 процента
• Реки: 0,0001 процента.

(Ссылка: http://ga.water.usgs.gov/edu/earthwherewater.html)

(Источник: Nace, USGS, 1967 и The Hydrologic Cycle (Pamphlet), USGS, 1984 )

Поверхностные воды намного легче достижимы, поэтому они становятся наиболее распространенным источником питьевой воды. Люди используют около 321 миллиарда галлонов поверхностных вод в день.Ежедневно используется около 77 миллиардов галлонов грунтовых вод. Также существуют проблемы с загрязнением
водоснабжения. Это еще больше ограничивает количество воды, доступной для потребления человеком. Вода встречается во многих разных формах и во многих разных местах. Хотя количество воды, которое существует, кажется изобилием, доступность
вода для потребления человеком ограничена.

Поверхностные воды

Поверхностные воды можно описать просто как воду, которая находится на поверхности Земли.Сюда входят океаны, реки и ручьи, озера и водохранилища. Поверхностные воды очень важны. Они составляют примерно 80 процентов используемой воды.
ежедневно. В 1990 году одни только Соединенные Штаты использовали приблизительно 327 000 миллиардов галлонов поверхностной воды в день. Поверхностные воды составляют большую часть воды, используемой для коммунального снабжения и орошения. Он играет меньшую роль в майнинге
и животноводство. Океаны, являющиеся крупнейшим источником поверхностных вод, составляют примерно 97 процентов поверхностных вод Земли.Однако, поскольку океаны имеют высокую соленость, вода не пригодна для питья. Усилия
был сделан для удаления соли из воды (опреснение), но это очень дорогостоящее мероприятие. Соленая вода используется в процессе добычи полезных ископаемых, в промышленности и в производстве электроэнергии. Океаны также играют жизненно важную роль в гидрологическом цикле, регулируя
глобальный климат и обеспечение среды обитания для тысяч морских видов.

Реки и ручьи представляют собой текущие поверхностные воды.Сила тяжести естественным образом притягивает воду с большей высоты на меньшую. Реки получают воду из двух источников: грунтовые воды и сток. Реки могут получать воду из
грунт, если они врезаются в грунт, участок, в котором грунт пропитан водой. Это называется основным потоком потока. Сток течет вниз по склону, сначала небольшими ручьями, затем постепенно сливаясь с другими ручьями и ручьями, увеличиваясь.
размером, пока не сформируется река. Эти небольшие ручьи или притоки, в которых начинается река, известны как верховья.Источники из замкнутых водоносных горизонтов также могут вносить свой вклад в реки.

Река рано или поздно впадает в океан. Длину реки определить сложно, особенно если у нее много притоков. На веб-сайте USGS длина реки определяется как «расстояние до точки истока от первоначального истока, где
название определяет полную длину. «Для того, чтобы вода текла, у реки должна быть улучшенная земля, то есть земля, которая находится на более высоком уровне, чем река. Земля, которая улучшается в любой точке реки, известна как дренаж
бассейн или водораздел.Гряды возвышенностей, такие как Континентальный водораздел, разделяют два водосборных бассейна. Текущая вода чрезвычайно мощна и играет важную роль в создании ландшафта и в жизни людей. Проточная вода используется для многих
причины, включая ирригацию и производство гидроэлектроэнергии. Реки разрушают ландшафт и изменяют топографию Земли, вырезая каньоны и транспортируя почву и наносы, создавая плодородные равнины. Реки несут почву и отложения, которые
были смыты в реку во время дождя или таяния снега.Чем быстрее движется вода, тем больший размер частиц может нести река. Геологическая служба США измеряет количество наносов, которые несет река, путем измерения стока или количества наносов.
воды, протекающей мимо данного участка; и концентрация осадка. Осадки в реке могут быть полезными и вредными. Осадки, отложенные на берегах и в пойме, создают прекрасные сельскохозяйственные угодья. Однако осадок может навредить и даже разрушить
плотины, водохранилища и жизнь в ручье. Кроме того, во время паводков эти отложения могут оставаться в нежелательных местах в виде липкой вонючей грязи.

Измерение расхода воды осуществляется путем определения стадии потока и расхода потока. Уровень потока, или точка отсчета, — это высота поверхности воды в футах над произвольной контрольной точкой. Расход потока — это измерение
количество воды, протекающей в определенный момент времени. Он измеряется в кубических футах в секунду. Измерение расхода определяет количество воды, протекающей в реке на любой стадии течения. Чтобы сделать это измерение,
ширина реки, а также глубина и скорость воды в различных точках должны быть измерены на нескольких различных стадиях течения.Поперечный разрез реки делится на интервалы и вычисляется площадь каждого интервала. Если бы скорость была
измеряется на разных глубинах на одном и том же вертикальном интервале, затем скорость усредняется. Чтобы определить расход за интервал, площадь умножается на скорость. Чтобы найти расход всего ручья, нужно усреднить все интервалы.
разряды рассчитываются. Важно проводить замеры расхода воды в ручье на различных этапах водотока, даже на этапе паводка.

Река достигает стадии паводка, когда река выходит из берегов. Стадия паводка может быть определена путем измерения уровня воды в ручье или просто высоты воды в ручье, измеренной от дна реки. Поток реки может увеличиваться экспоненциально.
по мере увеличения габаритной высоты. Таким образом, небольшое увеличение высоты колеи может указывать на то, что река достигла стадии разлива. Наводнения — довольно частое, но опасное стихийное бедствие.

Обычно они возникают из-за того, что шторм или быстрое таяние снега произвело больше стока, чем может унести ручей.Обрушение плотин, оползни, перекрывающие русла ручьев, и приливы — некоторые другие причины наводнений. Погодные условия могут сильно повлиять на то, когда и
где произойдет затопление. Изучая эти закономерности, геологи могут определить подверженность региона наводнениям в определенное время года. Период повторяемости, измеряемый годами, описывает величину наводнения. Изменения
в водосборном бассейне, например, при заготовке древесины или строительстве домов, может изменить масштаб наводнения.Обычно сухая земля, которая покрывается водой во время наводнения, известна как пойма. Ограничения на использование земель в поймах рек
регулируется пойменным зонированием. Были построены дамбы и дамбы, чтобы уменьшить ущерб, причиненный наводнениями.

Когда текущая вода достигает участка земли, который полностью окружен возвышенностями, образуется озеро. Вода не задерживается в этой низкой области, она просто уходит медленнее, чем скорость поступающей воды. Озера могут сильно различаться по
площадь, глубина и тип воды.Большинство озер пресноводны, однако некоторые, например, Большое Соленое озеро и Мертвое море, имеют соленую воду. Вопреки распространенному мнению, водоем — это не то же самое, что озеро. Водохранилище — это искусственное озеро, созданное рекой.
быть запруженным. Вода в водохранилище движется очень медленно по сравнению с рекой. Таким образом, большая часть наносов, которые несет река, оседает на дно водохранилища. В конечном итоге резервуар заполнится осадком и грязью.
и пришли в негодность.

Круговорот воды

Гидрологический цикл или круговорот воды — это графическое представление того, как вода циркулирует в окружающей среде.Молекулы воды остаются постоянными, хотя они могут меняться между твердой, жидкой и газовой формами. Капли воды в океане испаряются, что
это процесс превращения жидкой воды в водяной пар. Испарение может происходить с поверхности воды, земли и снежных полей в воздух в виде водяного пара. Влага в воздухе может конденсироваться, что является процессом превращения водяного пара в воздухе.
в жидкую воду. Капли воды на внешней стороне стакана с холодной водой представляют собой конденсированную воду. Конденсация — это процесс, противоположный испарению.Водяной пар конденсируется на крошечных частицах пыли, дыма и кристаллах соли, становясь частью облака. После
некоторое время капли воды соединяются с другими каплями и падают на Землю в виде осадков (дождь, снег, град, мокрый снег, роса и иней). После того, как осадки выпадут на Землю, они могут перейти в водоносный горизонт в виде грунтовых вод или капель.
может оставаться над землей в виде поверхностных вод. Гидрологический цикл — важное понятие для понимания. Вода имеет множество применений на Земле, например, для потребления людьми и животными, для производства энергии, а также для промышленных и сельскохозяйственных нужд.Осадки — в
форма дождя и снега — тоже важно понимать. Это основной путь, по которому вода в небе спускается на Землю, где она наполняет озера и реки, подпитывает подземные водоносные горизонты и дает напитки растениям и растениям.
животные. Разное количество осадков выпадает на разных участках Земли с разной скоростью и в разное время года.

Одной из проблем круговорота воды на Земле является загрязнение воды. Химические вещества, которые часто попадают в воду, удалить очень сложно, если вообще возможно.Одним из потенциальных источников загрязнения воды является сток, то есть наземный сток воды.
В то время как осадки вызывают сток, удаление растительности с земли может увеличить сток в определенной области. Осадки и почва с этих мест, не говоря уже о любых пестицидах или удобрениях, смываются в ручьи,
океаны и озера. Что происходит с дождем после его выпадения, зависит от многих факторов, таких как интенсивность и продолжительность дождя, топография земли, почвенные условия, степень урбанизации и густота растительности.Распространенное заблуждение
о дожде, что он имеет форму слезы, когда на самом деле он больше похож на булочку для гамбургера. Капли дождя также имеют разный размер из-за первоначальной разницы в размере частиц и разной скорости слияния.

Ледники и ледяные шапки

Ледники и ледяные шапки считаются хранилищами пресной воды. Они покрывают 10 процентов суши в мире. Эти ледники в основном расположены в Гренландии и Антарктиде. Ледники Гренландии покрывают почти всю сушу.Ледники
начинают формироваться из-за накопления снега. Когда снегопад превышает скорость таяния в определенной области, начинают образовываться ледники. Это таяние происходит летом. Вес накапливающегося снега сжимает снег, образуя лед. Потому что эти
ледники настолько тяжелые, что могут медленно спускаться с холмов.

Ледники влияют на топографию суши в некоторых областях. Древние ледники образовывали озера и долины. Примером тому служат Великие озера. Длина ледников варьируется от размеров футбольного поля до сотен миль.Они также могут
достигают толщины до 2 миль. Таяние ледников может иметь огромное влияние на уровень моря. По данным Геологической службы США, если бы сегодня все ледники растаяли, уровень моря поднялся бы примерно на 260 футов. Ледники оказали огромное влияние на формирование
поверхности Земли и до сих пор ежедневно влияют на топографию.

Подземные воды

Под подземными водами понимаются воды, находящиеся под поверхностью Земли в условиях 100-процентного насыщения (если оно меньше 100-процентного насыщения, то вода считается почвенной влагой).Девяносто восемь процентов имеющихся на Земле свежих
вода подземная. Ее примерно в 60 раз больше, чем пресной воды в озерах и ручьях. Вода в земле проходит через поры в почве и скале, а также в трещинах и выветрившихся участках коренных пород. Количество порового пространства, присутствующего в
камень и почва известны как пористость. Способность проходить через скалу или почву называется проницаемостью. Измерения проницаемости и пористости в породе и / или почве могут определить количество воды, которая может протекать через эту конкретную среду.«Высокая» проницаемость и пористость означает, что вода может перемещаться быстро.

Подземные воды встречаются в водоносных горизонтах. Водоносный горизонт — это массив водонасыщенных отложений или горных пород, в котором вода может легко перемещаться. Есть два основных типа водоносных горизонтов: безнапорные и замкнутые. Безнапорный водоносный горизонт — это частично или полностью заполненный водоносный горизонт.
который выставлен на поверхность земли. Поскольку этот водоносный горизонт находится в контакте с атмосферой, на него воздействуют метеорные воды и любые поверхностные загрязнения.Для защиты этого водоносного горизонта нет непроницаемого слоя. Напротив, ограниченный
Водоносный горизонт — это водоносный горизонт, который имеет ограничивающий слой, отделяющий его от поверхности земли. Этот водоносный горизонт заполнен водой под давлением (из-за ограничивающего слоя). Если давление воды достаточно высокое, когда скважина пробурена в
ограничивая водоносный горизонт, вода поднимается над поверхностью земли. Это колодец с проточной водой. Давление воды называется гидравлическим напором. Движение или скорость грунтовых вод измеряется в футах (или метрах) в секунду..

В некоторых районах коренная порода имеет низкие уровни проницаемости и пористости, но грунтовые воды все еще могут перемещаться в водоносных горизонтах. Подземные воды могут проходить через трещины в породе или через участки, подверженные выветриванию. Известняк, например, выветривается в растворе,
создание подземных полостей и каверн-систем. На поверхности земли эти области известны как «карст». Пустоты в породе, образовавшиеся при переходе известняка в раствор, могут вызвать обрушение поверхности земли. Эти обвалы известны как воронки.Карстовые колодцы часто являются прямым проводником к грунтовым водам и участкам, где загрязнение может легко проникнуть в водоносные горизонты. В местах провалов грунта также может наблюдаться проседание грунта, поскольку в районах с внезапным изменением наклона и контактом с водой происходит массовое истощение.
Проседание земли может быть или не быть заметным в некоторых областях, потому что оно выглядит как холмы и долины (из-за очень большого размера). По мере того как подземные воды становятся все более источником питьевой воды, проблема воронок и проседания земли может усугубиться.

Пористость и проницаемость отложений, почвы и коренных пород в этом районе также влияет на скорость пополнения подземных вод. Это означает, что в некоторых районах грунтовые воды могут откачиваться быстрее, чем они могут восполниться. Это создает ряд
проблемы. Одна из этих проблем называется «просадка», то есть опускание водоносного горизонта возле насосной скважины. Это может происходить в районах, где скважина качает быстрее, чем подпитывается водоносный горизонт подземных вод. Просадка создает пустоты в коренной породе и может
привести к дополнительному проседанию земли или провалам (поскольку воды больше нет, а пустота не может выдержать вес материала выше и разрушается).

Поперечный разрез на http://ga.water.usgs.gov/edu/earthgwdecline.html, озаглавленный «Снижение уровня воды», иллюстрирует проблемы с понижением и перекачкой. Потому что грунтовые воды
это очень обильный источник пресной воды, он должен быть охраняемым ресурсом. Однако во многих районах грунтовые воды не защищены. Если водоносный горизонт загрязнен химическими веществами или нефтью, его трудно, если не невозможно, очистить. Следовательно,
предотвращение заражения имеет первостепенное значение. Карстовые участки представляют собой сложную проблему, потому что все, что пролито на поверхности, быстро и легко попадает в водоносный горизонт.Часто поверхностные воды также находятся в прямом контакте с подземными водами, и
в зависимости от того, питает ли поток грунтовые воды (потерянный поток) или грунтовые воды питают поток (набирающий поток), это может создать проблему с загрязнением грунтовых вод.

Существует также проблема вторжения соленой воды (присутствует в прибрежных регионах, таких как Флорида), когда чрезмерное перекачивание грунтовых вод втягивает более плотную соленую воду в водоносный горизонт. Поперечный разрез иллюстрирует проблему проникновения соленой воды на
http: // ga.water.usgs.gov/edu/earthgwdecline.html на рисунке «Качество GW». Таким образом, защита грунтовых вод должна быть приоритетной задачей, поскольку население Земли
продолжает расти, и питьевая вода становится ценным ресурсом. Защита грунтовых вод также означает защиту поверхностных вод, дождевой воды и всех форм воды, поскольку вода продолжает циркулировать и повторно использоваться. Как только вода загрязнена, она
трудно исправить.

Заключение

Вода на Земле — конечный источник.Защита воды означает защиту всех форм грунтовых вод, которые можно найти в водоносных горизонтах. вода, найденная на Земле. Вода на поверхности, под землей, в виде пара и в виде осадков. Загрязнение от использования
ископаемое топливо может воздействовать на все формы воды (от утечек сырой нефти до кислотных дождей, образующихся при сжигании угля). Кислотный дождь падает на землю и стекает в поверхностные воды, обратно в землю и обратно в воздух. Это может быть бесконечный цикл.
По мере того, как загрязнение проникает в круговорот воды, будет затронуто больше воды.Большая часть воды на Земле соленая. Пресная вода была и будет пользоваться спросом и станет очень ценным ресурсом. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не допустить чрезмерного использования источников питьевой воды.
Также необходимо позаботиться о защите вод Земли от загрязнения. Вода действительно является ценным ресурсом.

Что такое подземные воды? | Живая наука

Немногие природные ресурсы столь же важны или невидимы, как подземные воды. Несмотря на то, что они существуют почти повсюду в мире, мало кто понимает, что такое грунтовые воды и насколько важны эти огромные резервуары подземных вод для современной жизни.

«Под грунтовыми водами понимается любая вода, которая находится в водоносных горизонтах под поверхностью суши», — сказал Стивен Филлипс, гидролог Геологической службы США в Сакраменто, Калифорния. Хотя часть воды, которая выпадает в виде осадков, направляется в ручьи или озера, а часть используется растениями или испаряется обратно в атмосферу, большая часть ее просачивается под землю.

Океаны содержат около 97 процентов воды на Земле, но она, конечно, не пригодна для питья. Около 2 процентов замерзает на полюсах или в ледниках.По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), из оставшегося 1 процента почти все — около 96 процентов — это подземные воды. Остальная часть нашей пресной воды находится на поверхности в ручьях, озерах, реках и водно-болотных угодьях.

По данным Геологической службы США (USGS), подземные воды могут находиться около поверхности Земли или достигать 30 000 футов. «Уровень грунтовых вод» области — это уровень ниже поверхности, где находятся водонасыщенные почва и скальные породы; выше уровня грунтовых вод находится ненасыщенная почва — хотя эта почва влажная, она также содержит воздух.

Как движутся грунтовые воды

Поскольку их невозможно увидеть и трудно измерить, существует ряд мифов, связанных с грунтовыми водами. Например, широко распространено мнение, что подземные воды текут как подземная река: хотя есть несколько мест с большими подземными промежутками, где вода может течь быстро, они очень редки.

Подземные воды, однако, движутся, и они обычно стекают вниз под действием силы тяжести, потому что естественное восполнение происходит в горах, сказал Филлипс.По данным Министерства охраны окружающей среды Канады, в зависимости от плотности породы и почвы, через которые проходят грунтовые воды, они могут продвигаться медленно, до нескольких сантиметров за столетие. В других районах, где камни и почва более рыхлые и проницаемые, грунтовые воды могут перемещаться на несколько футов за день.

Более пористые породы, такие как известняк, песчаник и гравий, имеют бесчисленные небольшие пространства, которые могут удерживать воду. Некоторые из крупнейших в мире водоносных горизонтов — обширные подземные резервуары подземных вод — находятся в регионах с этими пористыми коренными породами.

Подземные воды также могут быть найдены в регионах, где коренная порода состоит из более плотного материала, такого как гранит или базальт, если эта коренная порода была расколота или раздроблена. По словам Филлипса, плотный непроницаемый материал, такой как глина или сланец, может выступать в качестве «водоема», то есть слоя камня или другого материала, который почти непроницаем для воды. Сквозь такой материал вода может пройти, это будет происходить очень медленно (если вообще будет).

Когда водоносный горизонт ограничен слоем водоносного горизонта, давления на грунтовые воды может быть достаточно, чтобы вытеснить воду из любой скважины, пробуренной в этот водоносный горизонт.Такие колодцы известны как артезианские колодцы.

Подземные воды могут задерживаться под поверхностью Земли в течение миллионов лет. Испытания древних подземных вод, капающих из трещин в глубокой шахте, показали, что возраст жидкости составляет от 1,1 до 2,7 миллиардов лет.

Качество подземных вод

Хотя качество поверхностных вод варьируется из-за эрозии, стока, загрязнения, растительных веществ, отходов животноводства и других возможных загрязнителей, качество подземных вод в целом более стабильно. И поскольку грунтовые воды обычно медленно проходят сквозь скалы, они очищаются от многих загрязняющих веществ, включая некоторые бактерии и вирусы.Эти факторы делают подземные воды важным источником питьевой воды.

Это не означает, однако, что грунтовые воды не могут быть загрязнены: во всем мире есть много случаев, когда важные ресурсы грунтовых вод (и источники питьевой воды) были разрушены вторжением соленой воды (особая проблема в прибрежных районах), биологических загрязнителей как навоз или слив из септиков, а также промышленные химикаты, такие как пестициды или нефтепродукты. А как только грунтовые воды загрязнены, их, как известно, трудно исправить.

Помимо опасений по поводу качества грунтовых вод, общий объем грунтовых вод в водоносных горизонтах также является серьезной экологической проблемой. Подземные воды — это ограниченный ресурс, и даже из крупных водоносных горизонтов можно вывести большую часть своей воды, особенно во время засухи, когда водоносные горизонты не подпитываются осадками.

В южной части Калифорнии, в долине Сан-Хоакин, уровень грунтовых вод упал более чем на 150 футов (46 метров) во время сильной засухи в штате в 1976-1977 годах. Этот сценарий повторялся во время последующих засух.

«Мы наблюдаем значительную потерю запасов в водоносном горизонте Центральной долины в Калифорнии», — сказал Филлипс. «Оно превратилось из озера в южной части долины Сан-Хоакин в место, где уровень грунтовых вод находится на 500 футов [152 м] ниже поверхности».

Потери грунтовых вод

Чрезмерная откачка грунтовых вод может привести к понижению уровня грунтовых вод; в тяжелых случаях, когда потребность в перекачке высока, а подпитка водоносного горизонта медленная, уровень грунтовых вод может упасть настолько низко, что станет ниже глубины колодца.Когда это происходит, колодец «высыхает», и вода не может быть удалена, пока грунтовые воды не пополнятся, что в некоторых случаях может занять сотни или тысячи лет. Понижение уровня грунтовых вод также уменьшает сток воды в озера, реки и ручьи.

«Подземные воды являются важным экологическим ресурсом как для животных, так и для нас, и у нас уже были серьезные проблемы во многих областях, где иссякли крупные источники воды для диких животных, в частности водоплавающих птиц», — сказал Филлипс.

Важность сохранения ресурсов подземных вод подчеркивается количеством мест, которые зависят от подземных вод для питья, промышленного использования и других нужд.Техас получает почти 60 процентов воды из грунтовых вод; во Флориде подземные воды обеспечивают более 90 процентов пресной воды штата. По данным Геологической службы США, на центральную долину Калифорнии, ориентированную на сельское хозяйство, приходится 20 процентов от общего забора подземных вод страны.

Но в этих штатах и ​​во многих других ресурсам подземных вод угрожают конкурирующие интересы, от сельского хозяйства и горнодобывающей промышленности до частных домов с колодцами питьевой воды на территории.

Например, водоносный горизонт Огаллала — обширный резервуар грунтовых вод площадью 174 000 квадратных миль (450 000 квадратных километров) — находится под Великими равнинами, простираясь от Южной Дакоты до Техаса.Огаллала обеспечивает почти одну треть сельскохозяйственных подземных вод Америки, но к 2010 году около 30 процентов подземных вод водоносного горизонта были использованы.

Части водоносного горизонта Огаллала в настоящее время высохли, а уровень грунтовых вод снизился более чем на 300 футов в других областях, согласно данным Техасского совета по развитию водных ресурсов. Эти потери грунтовых вод не только имеют серьезные последствия для сельскохозяйственного производства и региональной экономики, они также могут иметь значительные и немедленные последствия для более чем одного человека.8 миллионов человек, которые получают питьевую воду из водоносного горизонта Огаллала.

«Хотя глубоко под землей все еще много грунтовых вод, чем дальше вы идете, тем они становятся соленее и соленее», — сказал Филлипс.

Дополнительная информация от Марка Лалланилья.

Дополнительные ресурсы

• Геологическая служба США отслеживает использование подземных вод в Соединенных Штатах.
• Служба наблюдения за подземными водами Геологической службы США предоставляет информацию из примерно 850 000 скважин с подземными водами, собранных за последние 100 лет.
• U.S. Water Monitor — это ежедневный отчет о состоянии воды, в котором обобщается федеральная информация о водных ресурсах.

Follow Becky Oskin @beckyoskin . Подпишитесь на LiveScience @livescience , Facebook и Google+ .

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 оказал влияние на части реки Сватара, штат Пенсильвания.Изображение от NOAA.

TSHA | Подземные воды

Подземные воды включают всю воду, которая встречается ниже поверхности земли, занимая пустоты или пустоты проницаемых горных пород и почвы; как и поверхностная вода, она образуется в основном из осадков, которые падают на поверхность земли и просачиваются вниз под действием силы тяжести. Подземные воды в зоне насыщения могут встречаться как в подземных (неограниченных) водоносных горизонтах, так и в артезианских (напорных) водоносных горизонтах.Замкнутая вода обычно находится под давлением выше атмосферного, и скважины, проникающие в замкнутый водоносный горизонт, позволяют воде подниматься над замкнутыми пластами. При наличии достаточного давления могут возникнуть фонтанирующие скважины. В случае подземных водоносных горизонтов вода поступает из местных осадков; но в случае артезианских скважин вода может поступать в проницаемые пласты в десяти или даже сотнях миль от точки, где она задерживается колодцами; следовательно, вода, взятая из колодца, является не большей частью суши, чем вода поверхностного ручья, пересекающего ее.Город Хьюстон, например, получает воду из глины Бомонта, из формаций Голиада-Уиллиса-Лисси и в меньших количествах из глины Логарто, которая обнажается примерно в 100 милях к западу. Большинство геологических формаций в Техасе содержат воду, но лишь относительно немногие ее запасы в изобилии. Те пласты, дающие обильные запасы, которые были классифицированы как основные водоносные горизонты, включают: водоносный горизонт побережья Мексиканского залива, который соответствует побережью Мексиканского залива; Водоносный горизонт Карризо-Уилкокс, к северу от водоносного горизонта побережья Мексиканского залива; Водоносный горизонт Trinity Group, в основном Северо-Центральный Техас; Водоносный горизонт Эдвардс-Тринити, отождествленный с районом плато Эдвардс; Водоносный горизонт Эдвардса, соответствующий зоне откоса Балконов; Водоносный горизонт Огаллала, примерно в районе Высоких равнин; и аллювиальный водоносный горизонт, широко распространенный в Техасе, но встречающийся в основном в Западном Техасе.Всего в Техасе семь основных и шестнадцать второстепенных водоносных горизонтов. Они лежат в основе примерно 76 процентов площади Техаса. На массивный водоносный горизонт Огаллала приходится 90 процентов всей воды во всех водоносных горизонтах Техаса. В середине-конце 1980-х годов из водоносных горизонтов в штате Техас извлекалось 11 миллионов акро-футов в год. Однако только 5,3 миллиона акров футов в год пополняли водоносные горизонты.

Подземные воды являются основным водным ресурсом в Техасе, и их важность в качестве источника водоснабжения для муниципальных, промышленных и ирригационных целей, а также для домашних и животноводческих целей неизмерима.В 1990 году более половины воды, используемой в Техасе, составляли подземные воды; около 71 процента приходилось на сельскохозяйственное использование и 21 процент на муниципальное использование, а оставшаяся часть предназначалась для промышленных нужд. Многие крупные города и большинство небольших городов и сообществ в Техасе обеспечивают свои потребности в воде из муниципальных колодцев или из комбинации поверхностных и подземных источников воды. Более половины всей муниципальной воды в Техасе поступает из подземных вод. Самый большой разовый вид использования подземных вод в Техасе — для орошения.В 1990 году в Техасе орошалось 6 миллионов акров земли, и около 70 процентов всей оросительной воды поступало из подземных источников. Для орошения в Техасе используется больше подземных вод, чем для всех других целей вместе взятых. Сильно орошаемые районы с использованием подземных вод — это регион Высоких равнин, Район Зимнего сада, Пекос-Кояноса и Соляной бассейн в Транс-Пекосе. Из всей воды, перекачиваемой для орошения в Техасе, 68 процентов производится в Южных высокогорных равнинах.

Помимо муниципального и ирригационного использования, многие отрасли промышленности разработали системы подземного водоснабжения для охлаждения и промышленных процессов.Характеристики подземных вод, которые делают их особенно желательными для промышленности, — это их постоянная температура и однородное качество в данном источнике. Хотя вся подземная вода содержит минеральные вещества, главным образом получаемые из почвы и горных пород, через которые она движется, ее качество и температура, как правило, остаются постоянными в данной местности, если она не загрязнена в результате деятельности человека. Несколько факторов способствовали развитию и широкому использованию подземных вод в качестве источника водоснабжения в Техасе.Почти все геологические образования в штате дают воду, как правило, в достаточных количествах для домашних и животноводческих целей. Если подземные воды доступны в достаточных количествах, их добыча, как правило, обходится дешевле, поскольку для них не требуются протяженные трубопроводы и очистные сооружения, необходимые для поверхностного водоснабжения. В отличие от поверхностных вод, которые текут по определенным и ограниченным каналам, подземные воды часто могут быть разработаны в месте использования, что требует небольшого транспорта или вообще не требует его.На обширных территориях Техаса, где не выпадает осадков, и где имеется несколько постоянных водотоков, доступных для водоснабжения, содержится огромное количество подземных вод в хранилищах.

Подземные воды, в отличие от поверхностных вод, которые являются собственностью штата Техас, являются исключительной собственностью владельца земной поверхности и подпадают под действие правила отлова. Он подлежит бартеру, продаже или аренде, а не сложным и часто противоречащим доктринам прибрежных и присваивающих прав, регулирующих права на поверхностные воды.За исключением нескольких законодательных актов, касающихся сохранения, защиты и отходов, штат Техас не регулирует производство или использование подземных вод. Некоторый местный контроль осуществляется районами охраны подземных вод, которые наделены полномочиями обнародовать правила и положения по сохранению, сохранению, защите и пополнению запасов подземных водоемов в пределах своих границ, включая расположение скважин и разрешение на них. Во второй половине двадцатого века многие районы штата боролись с проблемами переполнения.Проседание земли, особенно в районе Хьюстон-Галвестон, было серьезной проблемой и привело к созданию района проседания в 1975 году. Кроме того, слишком сильная откачка может привести к вторжению соленой воды. Многие муниципалитеты и агробизнес все чаще обращаются к более эффективным методам сохранения и использования поверхностных вод. См. Также ВОДНОЕ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО.

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 осаждения грунтовыми водами описаны в главе «Эрозия и осаждение». Подземные воды — 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 подземные 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 породы, 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 находятся в порах между зернами осадка, пористость которых составляет . 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.

Водный стол

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 подпитываются грунтовыми водами; 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 грунтовых 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 грунтовые воды связаны с взаимодействием между Землей и водой, изучение грунтовых 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 достичь пониженного уровня 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 серьезная обеспокоенность 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. Под домами и другими конструкциями может произойти просадка. 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.

подземных источников для миллиардов может потребоваться более века, чтобы полностью отреагировать на изменение климата

Подземные воды являются крупнейшим хранилищем доступной пресной воды в мире, обеспечивая миллиарды людей водой для питья и орошения сельскохозяйственных культур. И все это несмотря на то, что большинство из них никогда не увидит подземные воды в их источнике — они естественным образом хранятся под землей в порах и трещинах Земли.

Хотя изменение климата резко меняет погоду и экосистемы на поверхности, воздействие на подземные воды мира, вероятно, будет отложенным, что станет проблемой для будущих поколений.

Запасы подземных вод пополняются за счет дождевых осадков на поверхности в процессе, известном как «подпитка». Если не перехватить искусственные насосы, эта вода в конечном итоге течет под действием силы тяжести и «разливается» в ручьи, озера, родники, водно-болотные угодья и океан. Естественным образом поддерживается баланс между темпами пополнения и сброса подземных вод и количеством воды, хранящейся под землей.

Разгрузка подземных вод обеспечивает постоянные потоки пресной воды в экосистемы, обеспечивая надежный источник воды, который помогал ранним человеческим обществам выживать и развиваться.

Когда изменения климата или землепользования влияют на скорость пополнения запасов грунтовых вод, глубина залегания грунтовых вод и скорость разгрузки грунтовых вод также должны измениться, чтобы найти новый баланс.

Подземные воды имеют решающее значение для сельского хозяйства во всем мире.
Рунгрой Юбанг / Shutterstock

Время, необходимое для достижения этого нового равновесия, известное как время реакции грунтовых вод, колеблется от месяцев до десятков тысяч лет, в зависимости от гидравлических свойств недр и того, как грунтовые воды связаны с изменениями на поверхности земли.

Оценки времени отклика для отдельных водоносных горизонтов — ценных запасов грунтовых вод, которые люди эксплуатируют с помощью насосов — были сделаны ранее, но глобальная картина того, насколько быстро или напрямую грунтовые воды Земли будут реагировать на изменение климата в ближайшие годы и десятилетия, была неопределенной. . Чтобы исследовать это, мы нанесли на карту связь между грунтовыми водами и поверхностью земли и то, как время отклика грунтовых вод варьируется по всему миру.

Долгая память о подземных водах

Мы обнаружили, что ниже трех четвертей поверхности Земли время отклика грунтовых вод составляет более 100 лет.Пополнение запасов происходит неравномерно по всему миру, поэтому фактически оно составляет около половины активного потока подземных вод на Земле.

Это означает, что на этих территориях любые изменения в подпитке, происходящие в настоящее время из-за изменения климата, будут полностью реализованы только в изменениях уровня грунтовых вод и сброса в поверхностные экосистемы более чем через 100 лет в будущем.

Мы также обнаружили, что, как правило, в самых засушливых местах на Земле время отклика грунтовых вод больше, чем в более влажных областях, а это означает, что запасам грунтовых вод под пустынями требуется больше времени, чтобы полностью отреагировать на изменения в питании.

Запасы подземных вод «пополняются» дождями и «сбрасываются» в поверхностные водоемы, такие как озера.
Студия BKK / Shutterstock. Отредактировано автором.

В более влажных районах, где уровень грунтовых вод находится ближе к поверхности, грунтовые воды имеют тенденцию чаще пересекать поверхность земли, сбрасываясь в ручьи или озера.

Это означает, что расстояние между областями подпитки и разгрузки короче, что помогает запасам грунтовых вод быстрее прийти в равновесие в более влажных ландшафтах.

Следовательно, время отклика некоторых систем подземных вод в пустынных регионах, таких как Сахара, превышает 10 000 лет. Подземные воды там все еще реагируют на изменения климата, которые произошли в конце последнего ледникового периода, когда этот регион был намного более влажным.

Читать далее:
Глобальная гонка за грунтовыми водами ускоряется, чтобы удовлетворить растущие потребности сельского хозяйства

Напротив, многие низколежащие экваториальные регионы, такие как бассейны Амазонки и Конго, имеют очень короткое время реагирования и будут повторно уравновешены во временных масштабах менее десяти лет, в основном в соответствии с изменениями климата в круговороте воды.

Геология также играет важную роль в управлении реакцией грунтовых вод на изменчивость климата. Например, двумя наиболее экономически важными водоносными горизонтами в Великобритании являются известняковый мел и пермо-триасовый песчаник.

Несмотря на то, что оба они находятся в Великобритании и существуют в одном климате, они имеют совершенно разные гидравлические свойства и, следовательно, время реакции грунтовых вод. Мел реагирует от месяцев до лет, в то время как водоносные горизонты песчаника растут от нескольких лет до столетий.

Глобальная карта времени отклика грунтовых вод.
Катберт и др. (2019) / Nature Climate Change, автор предоставил

По сравнению с поверхностными водными объектами, такими как реки и озера, которые очень быстро и заметно реагируют на изменения климата, скрытый характер грунтовых вод означает, что об этих огромных временах запаздывания легко забыть. Тем не менее, медленный темп подземных вод очень важен для управления запасами пресной воды.

Длительное время отклика водоносных горизонтов из пермо-триасового песчаника в Великобритании означает, что в краткосрочной перспективе они могут служить отличными буферами во время засухи.Может показаться, что использование грунтовых вод из этих водоносных горизонтов мало влияет на связанные с ними потоки и водно-болотные угодья, но с течением времени уменьшение стока и меньшее количество воды может стать более распространенным явлением.

Это важно помнить при принятии решений о том, какие темпы забора подземных вод являются устойчивыми. Время отклика грунтовых вод может быть намного дольше, чем время жизни человека, не говоря уже о политических и избирательных циклах.

Как колодцы получают воду из подземных рек?

Категория: Науки о Земле Опубликовано: 16 июля 2013 г.

Большинство колодцев получают воду не из подземных рек, а из водоносных горизонтов.Водоносные горизонты — это слои горных пород и почвы, через маленькие поры которых течет вода. По большей части под земной поверхностью нет гигантских пещер с бурными потоками воды, быстро текущими через них. Вместо этого грунтовые воды медленно и мягко капают через небольшие пространства внутри скал, между камнями и между сыпучими материалами, такими как песок и гравий. Фактически, воде в водоносных горизонтах могут потребоваться годы или столетия, чтобы вернуться на поверхность, как показано на рисунке. Типичный расход воды в водоносных горизонтах составляет десять футов в год.По этой причине, если в регионе не будет дождя в течение нескольких недель, колодцы не сразу станут сухими.

Расходы грунтовых вод через разные слои. Изображение в открытом доступе, источник: USGS.

Новая вода, например, от дождя или талого снега, капает в землю через поры и трещины в камнях и почве. Часть воды прилипает к грязи и камням у поверхности, а часть продолжает стекать вниз. Слой земли прямо под поверхностью представляет собой смесь камня, почвы, воды и пузырьков воздуха.Когда сила тяжести втягивает воду в землю достаточно глубоко, она заполняет все возможные поры и трещины, заставляя пузырьки воздуха подниматься вверх. На этой глубине земля насыщается водой. Граница между ненасыщенным грунтом и насыщенным грунтом называется уровнем грунтовых вод. Точное расположение уровня грунтовых вод зависит от того, сколько там новой воды, как быстро вода утекает и насколько проницаема земля.

Если вы выкопаете яму в земле, которая заканчивается над уровнем грунтовых вод, большая часть воды на этой глубине прилипает к частям почвы и камня, так что немного воды выливается в вашу яму.Напротив, если вы выкопаете яму достаточно глубоко, чтобы она оканчивалась ниже уровня грунтовых вод, вода из насыщенного грунта под действием силы тяжести втянется в пустое пространство на дне ямы. В этом случае ваше отверстие заполняется водой, которая капает из отверстий в камнях. Но вода заполняет вашу яму только до уровня грунтовых вод (на самом деле немного ниже). Чтобы вода в лунке поднялась выше уровня грунтовых вод, она должна течь вверх, а не вниз, что не является принципом гравитации. «Колодец» — это просто яма, вырытая достаточно глубоко, чтобы проникать ниже уровня грунтовых вод и, следовательно, заполняться водой.Для извлечения воды из старых колодцев использовались простые ведра на веревках. В более современных колодцах используются насосы, которые всасывают воду в скважину. Насосы можно приводить в действие вручную, с помощью прикрепленной ветряной мельницы или электродвигателя. При рытье нового колодца необязательно искать подземную реку. Вам просто нужно копать достаточно глубоко, чтобы добраться до уровня ниже уровня грунтовых вод.

Что-то интересное может случиться, если слой непроницаемой породы находится над слоем проницаемой породы, заполненной водой, и если непроницаемая порода наклоняется вниз.Вода, текущая на нижнем уровне, захватывается водонепроницаемым верхним уровнем, создавая замкнутый водоносный горизонт. По мере того, как вода течет вниз без выхода, нарастает давление. Если яма вырыта в земле достаточно глубоко, чтобы доходить до закрытого водоносного горизонта, давление может быть достаточно большим, чтобы вода в колодце поднималась без помощи насоса. Такой колодец называется проточным артезианским колодцем.

Темы:
водоносный горизонт, окружающая среда, земля, грунтовые воды, проницаемые, вода, грунтовых вод, колодец

.