В таком месте, как Делавэр, где часто идут дожди, вода является возобновляемым ресурсом. Естественные процессы пополнят воду, которая используется или потребляется. Однако в районах, где дожди не так обильны, как, например, на Аравийском полуострове, крайне важно получить представление о том, сколько хорошей воды доступно под засушливой пустыней в так называемых ископаемых водоносных горизонтах - водоносных горизонтах, в которых хранится более старая вода.
Нейл Стурчио из Университета Делавэра, профессор кафедры наук о Земле в Колледже Земли, океана и окружающей среды Университета штата Нью-Йорк, вместе с коллегами из нескольких других учреждений написали статью в Journal of Hydrology, в которой оценивается возраст, происхождение и устойчивость ископаемых водоносных горизонтов в мегасистеме водоносных горизонтов (MAS) на Аравийском полуострове.
МАС подстилает большую часть обширных пустынь Аравийского полуострова и является одной из крупнейших систем водоносных горизонтов в засушливом мире, занимая территорию в Саудовской Аравии, Ираке, Иордании, Омане, Йемене и Объединенных Арабских Эмиратах.
Стуркио провел геохимические и изотопные исследования, которые помогли определить качество и возраст воды, которые показали, как возраст связан с гидрологией и историей водоносного горизонта.
Изотопные измерения являются мощными инструментами для отслеживания источника влаги в водоносном горизонте, а также времени пребывания и пути течения подземных вод, особенно при использовании в сочетании с численными моделями потока, которые включают измерения высоты уровня грунтовых вод и гидравлические свойства водоносного горизонта.
Соотношения изотопов водорода и кислорода в молекуле воды использовались для отслеживания источника влаги, а радиоактивные изотопы углерода-14 и хлора-36 использовались для оценки времени пребывания (возраста) воды под поверхностью.
Знание возраста воды в водоносных горизонтах помогает ученым понять, насколько быстро или медленно они восстанавливаются, что является важной информацией для устойчивого управления водопользованием.
Стурчио сказал, что это исследование было важным, потому что в этой части мира не проводилось много современных, современных исследований, чтобы показать, как эффективно управлять своими ресурсами.
"Их население растет, поэтому они испытывают все обычные проблемы, связанные с большим количеством людей, а вода становится все более и более серьезной проблемой", - сказал Стурчио.
Ископаемые подземные воды
В то время как большая часть ландшафта Аравийского полуострова получает менее 25 миллиметров осадков в год, в предыдущие более влажные климатические периоды в этих районах выпадало большее количество осадков, что помогало пополнять их водоносные горизонты.
Эта подземная вода в настоящее время считается ископаемой, но в районах САМ, которые получают большее количество осадков, в основном в горных районах в южной части САМ, которая лежит под пустыней Руб-эль-Хали (РАК), вода старше смешивается с новыми по мере того, как водоносные горизонты получают современное питание от атмосферных осадков.
В отличие от южной части МАС, которая при нынешнем уровне забора воды может быть использована для развития устойчивого сельского хозяйства в Саудовской Аравии, центральная и северная части МАС чрезмерно эксплуатируются, когда речь идет о подземных водах. извлечение.
Поскольку они показывают признаки серьезного снижения уровня воды, важно определить возраст воды, чтобы показать, как быстро водоносные горизонты пополняются. Это поможет определить места и разработать сценарии устойчивого управления ресурсами.
Дистанционное обнаружение воды
В дополнение к обычным химическим и изотопным измерениям, которые помогают определить возраст воды и рассказать о ее качестве, исследователи использовали наблюдения спутниковой миссии Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), которая была запущена в 2002 году США. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) и Немецкий аэрокосмический центр помогут измерить уровень воды в водоносных горизонтах.
Спутники GRACE ежемесячно отображают изменения глобального гравитационного поля Земли. Используя данные со спутников, исследователи смогли получить расчеты водного баланса, определить изменчивость запасов воды в бассейнах и определить скорость пополнения и расхода водоносных горизонтов..
Год за годом вы можете сравнивать измерения гравитации в определенной области и видеть, как они меняются. При прочих равных условиях большая часть изменений гравитации происходит из-за добавления или удаления воды, потому что ничто другое на самом деле не меняется так сильно. Камни просто лежат там», - сказал Стуркио. «Эти гравитационные спутники чувствительны к изменению объема грунтовых вод. Если вы будете откачивать их слишком быстро, вы увидите, что количество грунтовых вод постепенно уменьшается».
В дополнение к GRACE исследователи также использовали данные спутниковых измерений осадков и провели полевые исследования системы водоносных горизонтов RAK.
Путешествующая вода
Эта комбинация дистанционного зондирования, геохимических и полевых исследований также использовалась для определения источника воды, а также ее качества.
Они изучили путь, по которому вода попадает в определенные водоносные горизонты, и обнаружили, что большая часть воды течет по дренажной системе с запада на восток, собирая осадки над холмами Красного моря и течет по Аравийскому полуострову.
«Мы могли видеть, что большая часть воды под пустыней поступает из гор в западной части Саудовской Аравии и юго-западной части Аравийского полуострова», - сказал Стурчио.
Подземные воды, расположенные дальше в восточной части пустыни, старше и изотопно отличаются от подземных вод ближе к холмам Красного моря, что указывает на то, что они были отложены с холмов в других климатических условиях много лет назад во время Эпоха плейстоцена, период времени, начавшийся около 2 в.6 миллионов лет назад.
Кроме того, он более соленый и непригоден для питья и сельскохозяйственных целей. Подземные воды берут свое начало в горах за счет пополнения атмосферных осадков, затем проходят через соляные породы, в результате чего вода в водоносных горизонтах становится соленой.
«Она более соленая, чем морская вода, и в таком случае ее нельзя использовать ни для чего», - сказал Стурчио, добавив, что возраст воды в восточной части Аравийского полуострова составляет около миллиона лет. и многое другое.
Рекомендации по устойчивому развитию
Определив возраст и происхождение ископаемых водоносных горизонтов, исследователи смогли дать рекомендации по устойчивости ресурсов подземных вод.
В центральном и северном участках МАС устойчивое водозабор может быть достигнуто при существующих культурах и ирригационных системах за счет сокращения годового водозабора и поддержания его в большей степени в соответствии со скоростью, с которой он частично пополняется за счет осадков. Другим вариантом может быть замена влагоемких культур, таких как пшеница и люцерна, которые в настоящее время выращиваются в этом районе, водосберегающими культурами, такими как картофель или сахарная свекла..
При нынешнем уровне добычи южные части MAS могут использоваться для развития устойчивого сельского хозяйства в Саудовской Аравии и представляют собой воспроизводимую и экономически эффективную модель для этого района.
Работа финансировалась Отделением наук о Земле НАСА, Геологической службой Саудовской Аравии и Центром дистанционного зондирования наук о Земле в Университете Западного Мичигана.