Сейсмические волны помогают ученым изучить химический состав питьевой воды
Наука 28 июля 2020

Сейсмические волны помогают ученым изучить химический состав питьевой воды

Далее

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