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.

Проседание уровня водного горизонта вынуждает фермеров углублять скважины

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.

Деятельность человека загрязняет подземные водные бассейны, что усугубляет кризис, связанный с пресной водой

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.

Масштабы проседания почвы в долине Сан-Хоакин

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.

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Тайны древней звезды по соседству изучили, «подслушав ее песню»
Космос
Baidu делает ИИ для перевода звуков животных в человеческую речь
Наука
Оказалось, ИИ врет чаще при одном условии: как этого избежать
Новости
Суперкомпьютер Маска сжирает электричество как 300 000 домов: люди протестуют
Новости
Посмотрите, как робот стремительно отбивает подачи в настольном теннисе
Новости
Физики исполнили мечту алхимиков: свинец в коллайдере превратили в золото
Наука
Создано музыкальное приложение для реабилитации после инсульта
Наука
«Эффект аккордеона» превращает жесткий графен в эластичный материал
Наука
ИИ восстановил имя автора свитка, который пережил последний день Помпеи
Наука
Частный лунный модуль вышел на орбиту спутника после двух месяцев полета
Космос
Предок тираннозавра «иммигрировал» в Америку из Азии, считают ученые
Наука
Обновленный Gemini 2.5 Pro от Google возглавил рейтинг ИИ для разработчиков
Новости
Ученые решили проблему, которая мешала запуску термоядерных реакторов почти 70 лет
Наука
Китайское «супероружие» для подводных диверсий оказалось не таким, как считалось
Новости
Отключение мобильного интернета в Москве: какие последствия для бизнеса
Новости
Киберполиция назвала новые схемы мошенников: как они воруют аккаунты на «Госуслугах»
Новости
Хокинг предсказал гибель Земли: оказалось, НАСА сочло угрозу реальной
Наука
Создатель Ethereum признал свои ошибки и решил изменить криптовалюту
Новости
«Ред ОС 8» заработала на Arm-платформах — теперь и на «Байкале»
Новости
Компания Цукерберга использовала уязвимость подростков для рекламы
Новости