Истощение запасов грунтовых вод: кризис с питьевой водой, землетрясения и провалы в городах

Только 0,023% массы Земли приходится на воду, а 97,5% — это соленая вода. Запасы пресной воды невелики, и почти 70% из них заключены во льдах Арктики и Антарктики, которые активно тают, — а пресная вода превращается в соленую. Самые значительные запасы пригодной для использования пресной воды заключены под землей. Во многих регионах, в особенности там, где поверхностной воды недостаточно, грунтовые воды являются единственным источником удовлетворения бытовых, сельскохозяйственных и промышленных потребностей в питьевой и технической воде. Однако люди используют эти ресурсы слишком активно. На данный момент человечество выкачивает из-под земли в 3,5 раза больше воды, чем успевает образоваться.

«Хайтек» рассказывает, как из-за истощения запасов грунтовых вод проседают города, чем еще грозит слишком активное использование подземных водоносных слоев и как на этот процесс влияет глобальное потепление.

Откачка грунтовых вод происходит очень быстро. Недавно ученые подсчитали, что в XX веке только США потеряли 800 куб. км грунтовых вод. Этого объема хватит, чтобы покрыть штаты Монтана, Айдахо, Вайоминг, Невада, Юта, Колорадо, Аризона и Нью-Мексико, а также большую часть Калифорнии. За это время водные горизонты пополнились примерно на 220 куб. км грунтовых вод.

В Индии ситуация еще хуже — на севере страны подземные воды выкачиваются в 54 раза быстрее, чем их запасы пополняются. При этом в большинстве регионов Земли зависимость от грунтовых вод очень высока. Например, в той же Индии на воду, выкачиваемую из-под земли, приходится до 85% всего потребления пресной воды. В Европе этот показатель составляет 75%. В России он значительно ниже — около 20% от всей потребности в пресной воде.

Рано или поздно грунтовые воды закончатся. Когда это произойдет, геологи точно сказать не могут. Предполагается, что запасы грунтовых вод естественным образом пополняются за счет дождей и снегопадов: вода просачивается через почву и попадает в водные горизонты.

Однако большое количество дождевой воды испаряется и попадает в атмосферу раньше, чем оказывается под землей. Большой вклад в замедление этого процесса вносит строительство непроницаемых для влаги дорог, зданий и бетонных конструкций.

Последствия откачивания грунтовых вод

Активное истощение водных горизонтов несет вред как окружающей среде, так и людям, которые используют грунтовые воды. Когда запасы пополняются медленнее, чем вода выкачивается, рано или поздно фермерам может не хватить ее для полива полей. Если проблема приобретает большой масштаб, она может привести к серьезным экономическим и гуманитарным последствиям. Однако это не единственные последствия истощения подземных вод.

Проседание водоносного горизонта

При проседании водоносного горизонта уровень грунтовых вод, на котором их можно обнаружить и добыть, уходит глубже в землю.

Например, до понижения скважины глубиной в 80 м было достаточно для непрерывного обеспечения водой одного домохозяйства или фермы. Однако после понижения водный горизонт ушел глубже в землю, и чтобы добраться до него, необходимо увеличить глубину скважины — соответственно, понести дополнительные затраты. Кроме того, в результате проседания грунтовых вод их объем может снизиться.

Снижение уровня воды в реках и озерах

Уровень грунтовых вод напрямую связан с уровнем воды в реках и озерах, расположенных в окрестностях подземного бассейна. Значительная часть воды в наземных водоемах поступает из грунтовых бассейнов.

Выкачивание грунтовых вод может изменить то, как вода из подземного горизонта поступает в русло. Результатом становится постепенное обмеление рек и озер, что приводит к гибели прибрежной растительности и изменению среды обитания диких животных. Недавно ученые подсчитали, что выкачивание грунтовых вод за последние 100 лет привело к падению потока воды в реках США на 50%.

Ухудшение качества воды

Не все грунтовые воды пресные — вода на очень большой глубине и в водных горизонтах, залегающих под дном океанов, соленая. Фактически существует около 12,9 млн куб. км соленой воды и 10,5 млн куб. км пресной.

В естественных условиях граница между пресными и солеными водными горизонтами достаточно стабильна, однако в условиях активного выкачивания подземных вод проседание горизонта может привести к ее разрушению.

Кроме того, грунтовые воды подвержены химическому загрязнению — бензин, нефть, дорожные соли и химикаты проникают в водные горизонты через почву вместе с дождем и со временем делают ее непригодной для полива и питья.

Бензин, нефть, масло и другие продукты переработки углеводородов часто хранятся под землей в специальных металлических резервуарах. Например, на каждой заправочной станции установлены подземные канистры, в которых хранятся бензин, дизельное топливо и солярка. Металл подвержен коррозии, в результате которой образуются трещины и утечки. Если нефтепродукт попадет в грунтовые воды, это может привести к серьезному загрязнению.

Другой потенциальный загрязнитель — свалки бытовых отходов. Для сокращения вреда экологии такие объекты должны быть иметь нижний защитный слой из бетона. Однако если такой слой отсутствует (как в случае с незаконными свалками) или треснул, кислота из автомобильных аккумуляторов, краска, бытовые чистящие средства и другие химикаты могут попасть в грунтовые воды.

Проседание почвы

Уменьшение объема грунтовых вод приводит к проседанию почвы. В некоторых районах, где темпы откачки особенно высоки, почва под жилыми домами, административными зданиями и объектами инфраструктуры проседает на десятки сантиметров в год. Это приводит к разрушению дорог, перебоям в водоснабжении и электроснабжении и разрушению жилых домов.

В 1950-х коммунальные службы и фермеры активно добывали грунтовую воду в окрестностях Токио. Спустя десятилетие это привело к тому, что почва под городом начала проседать. В 1968 году скорость этого процесса достигала 24 см в год. В тот же год объемы добытой из-под земли пресной воды достигли максимума — 1,5 млн куб. м в день. В ответ на сложившийся кризис правительство Токио приняло законы, ограничивающие прокачку. К началу 2000-х годов оседание города замедлилось до 1 см в год.

Однако ограничение объема выкачивания грунтовых вод требует наличия альтернативного источника пресной воды. В некоторых регионах они отсутствуют — как, например, в долине Сан-Хоакин в Калифорнии. Долина простирается на 25,9 тыс. кв. км — почти всю эту территорию занимают сельскохозяйственные угодья. Из-за активного использования грунтовых вод местными фермерами некоторые части долины опускаются на 60 см в год.

Почва высокими темпами — около 17 см в год — проседает и в столице Индонезии Джакарте. Ситуация осложняется тем, что город находится почти на уровне моря, а дальнейшее проседание наряду с повышением уровня океана из-за таяния ледников грозит постепенным затоплением дорог, электростанций и жилых домов. В результате этого процесса без крова могут остаться более 10 млн человек — то есть все население Джакарты.

В Испании последствия откачивания грунтовых вод уже привели к человеческим жертвам. В мае 2011 года в окрестностях популярного среди туристов города Лорка на юго-западе страны произошло землетрясение магнитудой 5,1. В результате десять человек погибли, сотни получили ранения.

Окрестности Лорки — самый сейсмоактивный район страны, а из-за строительства большого количества артезианских скважин и активного откачивания грунтовых вод почва там проседает самыми высокими темпами на территории Европы — до 10 см в год.

В результате откачивания воды для орошения полей уровень грунтовых вод в регионе снизился на 250 м. Ученые считают, что это стало причиной землетрясения, поскольку оно произошло на необычно малой глубине — около 3 км. Снижение уровня водоносного горизонта усилило давление на два пласта пород, двигавшихся параллельно друг другу в противоположных направлениях и без того находившихся в напряжении. Компьютерное моделирование подтвердило эту гипотезу.

Олег САБИТОВ.

Опубликовано на сайте ХАЙТЕК 5 августа 2019 года.

Источник: https://hightech.fm/2019/08/05/no-water

Новое на сайте экопросвещения ЭКО.ЗНАЙ