Химические реакции глубоко под землей влияют на качество воды, но методы их наблюдения трудоемки, дороги и ограничены по объему. Группа ученых, возглавляемая Университетом Penn State, обнаружила, что сейсмические волны могут исследовать подземные воды и защитить их ресурсы. Исследование публикует журнал Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Около трети населения США получает питьевую воду из подземных вод, поэтому ученым было важно и нужно защищать этот ценный ресурс. На данный момент они не знают, где именно находится вода и как она движется в недрах Земли. В новом исследовании ученые использовали генерируемые человеком сейсмические волны, которые похожи на волны от землетрясения.
Традиционные геохимические исследования воды включают бурение скважины диаметром до 10 см вглубь земли, сбор образцов почвы и породы, а также измельчение и анализ химического состава образцов в лаборатории. Этот процесс дорогой и трудоемкий, и он раскрывает геохимическую информацию только для этой конкретной точки.
Исследователи опустили приборы, которые могут отправлять и принимать сигналы, а также снимать изображения с высоким разрешением по скважине на глубину 35 м.
Используя инструмент сейсмического каротажа, исследователи нанесли на карту подповерхностные слои земли. Команда опустила каротаж в скважину и провела измерения, когда он поднялся на поверхность. Более высокие скорости указывали на то, что волны проходили через твердую коренную породу или там, где поры в выветрившихся породах заполнены водой. Более медленные скорости указывали на то, что волны проходили через выветренную породу с заполненными воздухом порами или почву у поверхности.
Исследовательская группа ассимилировала информацию в физическую модель породы, которая определяла изменение состава, пористости и насыщенности, чтобы объяснить измеренные скорости.
Ученые обнаружили, что простые химические реакции между водой и глиной вызывают небольшие изменения, которые сейсмические волны могут «видеть». Изменения помогли исследователям понять, где вода открывает поры в недрах.
Исследователи также нашли крошечные пузырьки газа в подземных водах, которые, по их предположениям, представляют собой подземный углекислый газ, образующийся в результате «микробного дыхания» и минеральных реакций в недрах. Почвенные микробы производят углекислый газ как побочный продукт дыхания, так же, как и люди, когда они выдыхают. Когда вода проходит через почву по пути к грунтовому слою, она может уносить с собой этот углекислый газ.
По словам ученых, углекислый газ в воде не представляет опасности для здоровья. Исследователи могут «увидеть» его с помощью сейсмических волн, даже не подозревая о его существовании в недрах земли.
Читать также
Посмотрите, что способен увидеть в космосе новый телескоп — преемник Хаббла
Раскрыта история происхождения «странных» метеоритов: они упали на Землю в 60-е
НАСА объяснило, почему метеорит с Марса придется вернуть обратно на планету