Вчені розповіли, як поповнити запаси життєво важливих підземних вод Землі

Якщо ви стоїте практично в будь-якій точці Землі, у вас під ногами крізь землю рухається вода. Підземні води забезпечують приблизно половину населення світу питною водою та майже половину всієї води, яка використовується для зрошення сільськогосподарських культур. Він підтримує річки, озера та болота під час посухи. Підземні води є відновлюваним ресурсом, але для відновлення деяких водоносних горизонтів після їх виснаження можуть знадобитися десятиліття чи навіть століття. Сучасне розуміння цієї проблеми базується головним чином на тому, де і як часто люди записують вимірювання рівня води в колодязях.

У нещодавно опублікованому дослідженні наша команда спеціалістів з обробки даних, спеціалістів із водних ресурсів та експертів із політики зібрала перший глобальний набір даних цих рівнів. Ми проаналізували мільйони вимірювань рівня ґрунтових вод у 170 000 колодязях, розташованих у понад 40 країнах, і відобразили, як рівень ґрунтових вод змінювався з часом.

Наше дослідження має два основні висновки. По-перше, ми показуємо, що швидке виснаження підземних вод широко поширене в усьому світі, і що темпи зниження прискорилися в останні десятиліття, причому в деяких місцях рівні падають на 20 дюймів або більше на рік.

По-друге, наше дослідження також виявило багато випадків, коли навмисні дії призупинили виснаження ґрунтових вод. Ці результати показують, що суспільства не приречені неминуче виснажувати свої запаси підземної води, і що за умови своєчасного втручання цей важливий ресурс можна відновити.

Портрет спраглий планети

Багато факторів визначають рівень ґрунтових вод, включаючи геологію, клімат і землекористування. Але рівень ґрунтових вод, який опускається все глибше і глибше в певному місці, часто свідчить про те, що люди викачують його швидше, ніж природа може відновити.

Деякі з 300 мільйонів вимірювань, які ми зібрали, були записані автоматизованими вимірювальними пристроями. Багато інших були створені в польових умовах людьми з усього світу. І ці вимірювання малюють тривожну картину.

Вони показують, що рівень грунтових вод знизився з 2000 року в набагато більшій кількості місць, ніж піднявся. У багатьох місцях, особливо в посушливих зонах, які інтенсивно обробляються та зрошуються, рівень ґрунтових вод падає більш ніж на 20 дюймів (0,5 метра) на рік. Приклади включають Афганістан, Чилі, Китай, Індію, Іран, Мексику, Марокко, Саудівську Аравію, Іспанію та південний захід США.

Наш другий і більш тривожний висновок полягає в тому, що приблизно в одній третині територій, де ми зібрали вимірювання, темпи зниження ґрунтових вод прискорюються. Прискорене зниження ґрунтових вод є поширеним явищем у сухому кліматі, де великі ділянки землі використовуються для сільського господарства. Це свідчить про потенційний зв’язок між зрошенням, що живиться підземними водами, та посиленням виснаження підземних вод.

Що відбувається при надмірному використанні ґрунтових вод?

Швидке та прискорене зниження рівня ґрунтових вод має багато шкідливих наслідків. Запаси питної води з колодязів і джерел можуть вичерпатися, коли рівень ґрунтових вод знижується. Люди та громади, які покладаються на ці колодязі, можуть втратити доступ до того, що може бути їхнім єдиним джерелом доступної прісної води для пиття.

Наприклад, свердловини, які постачають прісну воду в домівки, пересихають у каліфорнійській долині Сан-Хоакін, де з початку 2000-х років виснаження ґрунтових вод прискорилося. Ця проблема, ймовірно, триватиме й погіршуватиметься, якщо не буде вжито заходів для стабілізації запасів підземних вод. Висохлі колодязі також можуть загрожувати рослинництву. Вичерпання підземних вод протягом тривалого часу розглядалося як одна з найбільших загроз глобальному зрошуваному землеробству, оскільки свердловини постачають майже половину води, яка використовується для зрошення в усьому світі.

У районах, де ґрунтові води зазвичай стікають у річки, падіння рівня ґрунтових вод може змінити цей потік і спричинити витік річок у надра. Це впливає на екологію річки та зменшує запаси води вниз за течією. У США негерметичні потоки є більш поширеними там, де рівень забору ґрунтових вод високий, що підкреслює, як відкачування ґрунтових вод може безпосередньо зменшити кількість води, яка тече під землею в сусідні річки.

Далі від узбережжя осідання землі може завдати шкоди інфраструктурі. Це становить критичну проблему в районах, де рівень грунтових вод знизився, включаючи Тегеран і Мехіко. У багатьох випадках головною причиною є надмірне відкачування ґрунтових вод. Нарешті, падіння ґрунтових вод може призвести до просування морської води вглиб землі та забруднення прибережних систем ґрунтових вод – процес, відомий як проникнення морської води. Коли морська вода вторгається, прибережні водоносні горизонти можуть стати занадто солоними, щоб використовувати їх для питної води без енергоємного опріснення.

Як поповнити запаси підземних вод

Ми також знайшли місця, де рівень грунтових вод відновлюється. Стратегії, які громади використовували для поповнення своїх джерел підземної води, включали розробку нових альтернативних джерел водопостачання, таких як місцеві річки; прийняття політики щодо зменшення попиту на підземні води; і навмисне поповнення водоносних горизонтів поверхневими водами.

У місті Ельдорадо, штат Арканзас, з 1940 по 2000 роки рівень ґрунтових вод впав приблизно на 200 футів (60 метрів), оскільки місцева промисловість викачувала воду з водоносного горизонту.

У 1999 році нова політика встановила структуру плати за водопостачання, надаючи підприємствам стимул шукати нове водопостачання. До 2005 року був побудований трубопровід для переведення води з річки Уачіта в Ельдорадо. Це нове джерело зменшило попит на підземну воду, і рівень підземних вод у цьому районі піднявся з 2005 року.

У Бангкоку між 1980 і 2000 роками було пробурено стільки приватних свердловин для побутових, промислових або комерційних цілей, що відкачування підземних вод подвоїлося, а рівень підземних вод впав. Чиновники у відповідь підвищили плату за видобуток підземних вод у чотири рази між 2000 і 2006 роками. Загальне відкачування підземних вод знизилося, і рівень почав відновлюватися, коли користувачі знайшли інші джерела води.

У долині поблизу Тусона, штат Арізона, рівень ґрунтових вод знизився на 100 футів (30 метрів), оскільки після 1940-х років забір для зрошення збільшився. Щоб допомогти відновити виснажену грунтову воду, були побудовані діряві ставки.

Ці ставки наповнені водою з річки Колорадо, яка переміщується на сотні миль у цей район через канали. Коли ці ставки витікають, вони знову заповнюють виснажений водоносний горизонт. Через ці діряві водойми рівень ґрунтових вод у долині місцями піднявся приблизно на 200 футів (60 метрів).

Наш аналіз показує, наскільки важливим є моніторинг рівня ґрунтових вод у багатьох місцях. Оскільки рівень ґрунтових вод у багатьох місцях знижується, громади та підприємства, які залежать від них, потребують точної інформації про свої запаси води, щоб вони могли вчасно діяти, щоб захистити їх.