Эта вода может перемещаться на большие расстояния, неся с собой загрязнения, поднимаемые с поверхности
когда дождь или падает снег, значительная ее часть просачивается в почву. Оттуда она течет вниз по пористой породе, гравию и песку, образуя подземные потоки. Иногда эти подземные воды преодолевают большие расстояния. Сейчас ученые попытались рассчитать ее путь в Северной Америке. Их результаты показывают, что вода может проникать под землю гораздо дальше и глубже — и на гораздо более длительное время, — чем ожидалось.Например, некоторые подземные воды могут проникать на глубину до 238 километров (148 миль), сообщается в новом исследовании. И она может просачиваться на глубину более 90 метров (300 футов).
Или рассмотрим глубинные грунтовые воды, которые откачиваются для питья. Считалось, что большая часть из них находится отдельно от загрязненной воды, которая часто попадает в ручьи и реки. Но благодаря долгим подземным переходам грунтовые воды могут соединять районы, которые считались обособленными, разделяя загрязнение, которое они улавливали по пути.
Пояснение: Все водные ресурсы Земли связаны в одном огромном цикле
Вся эта вода теперь появляется “гораздо больше связей”, — говорит Рид Максвелл, автор нового исследования. Он работает в Принстонском университете в Нью-Джерси. Как гидролог, он изучает движение воды.
Его команда поделилась своими выводами о том, как движется вода, в выпуске журнала Nature Water от 6 января.По их словам, важно понимать эти связи между источниками воды. Это может помочь менеджерам по водным ресурсам совместно принимать более эффективные решения о том, как использовать воду для питья, орошения сельскохозяйственных культур и поддержания экосистем.
Как они исследовали движение воды
Водораздел (также известный как водосборный бассейн) — это обширное пространство суши, по которому таяние снега и дожди стекают вниз по склону к открытому водоему (например, к озеро или океан). Некоторое количество осадков и снеготаяния останется на поверхности земли. Но по мере их движения большая часть воды будет просачиваться под землю.
Управляющие водными ресурсами решают, кто и как будет использовать воду в пределах водораздела. Управление водоразделами осуществляется отдельно. Но вода может свободно течь под землей, пересекая границы водоразделов, говорит Лора Кондон. Она работает гидрологом в Университете Аризоны в Тусоне.
Если водоразделы соединены, то проблемы в одном из них могут повлиять на другие, говорит Максвелл. Это заставило его задуматься: “Если вы сбрасываете загрязнение в один водораздел, попадает ли оно в другой?”
Другие исследователи нанесли на карту потоки подземных вод в разных частях Соединенных Штатов. Но было неясно, как могут быть связаны удаленные источники подземных вод. По словам Максвелла, это послужило одной из причин проведения данного исследования. Понимание того, как вода перемещается по континенту под землей, может помочь понять, как, когда и где может происходить воздействие на эту воду.
У вас есть научный вопрос? Мы можем помочь!
Команда Максвелла и Кондона решила отследить движение подземных вод под большей частью континентальной части Северной Америки. Они начали с того, где эта вода вновь появляется в виде потоков. Затем, двигаясь в обратном направлении, они выяснили, где она, должно быть, впервые просочилась в Землю.Для этого они построили компьютерную модель. Он имитировал подземные слои горных пород Северной Америки на глубине 392 метра (1200 футов). Затем они разделили континент на небольшие блоки. Каждый из них был один километр в длину и один километр в ширину.Затем они попросили модель рассчитать, сколько воды, вероятно, пройдет через каждый блок. Это будет зависеть от формы и толщины подземных слоев Земли и пространства между камнями.По словам Максвелла, каждый блок подобен кирпичику Lego. Рассчитав расход воды в каждом из них, они сложили их вместе — всего 85 миллионов штук.
Затем они добавили имитацию капель воды в компьютерную модель. Модель “перемещает” эти капли, основываясь на том, как вода будет течь сквозь слои породы под землей. И ученые проследили, куда бы они ни попали.
“Представьте себе видеоигру: куда бы полетел маленький шарик? Таким образом, скорость будет подталкивать воду в этом направлении”, — говорит Кондон. Затем возникает вопрос: “Куда она направится дальше?”
Как показала модель, вода часто преодолевает расстояние более 97 километров (60 миль). По словам Максвелла, это было бы недалеко, если бы вода текла по поверхности. Но это было намного дольше, чем ожидалось.Как показала модель, большая часть воды остается под поверхностью от пяти до 10 лет. Но существуют и погребенные водоносные горизонты (подземные слои заполненных водой горных пород). Вода может накапливаться в них от 100 000 до 1 миллиона лет.
Воздействие на воду
Знание того, как далеко распространяется вода и как долго она распространяется, помогает определить воздействие на воду. Как? “Если у вас есть подземные загрязнители, вам нужно понимать, куда они направляются”, — объясняет Максвелл.
Рассмотрим, например, нитратные удобрения, которые фермеры вносят в почву. В больших количествах нитраты могут нанести вред людям и водной флоре и фауне. Дождь может смыть эти химикаты в грунтовые воды. Оттуда они потенциально могут попасть далеко за пределы ферм, на которых они использовались. Это может привести к загрязнению воды, которая ранее считалась свободной от таких химикатов.Модели могут также указывать на то, что вода, выкачиваемая из-под земли на одном участке (для питья или орошения), направлялась на увлажнение отдаленных водно-болотных угодий. Зная это, говорит Клаудия Фаун, менеджеры могут позаботиться о том, чтобы в почве оставалось достаточно воды для поддержания этого водно—болотного угодья и экосистемы, которую оно поддерживает. Фаун не принимала участия в новом исследовании. Но как гидролог из Геологической службы США в Сан-Диего, Калифорния, она понимает эти проблемы.
“Все взаимосвязано”, — говорит Максвелл. Зная, как один водораздел может быть связан с другими, вы сможете понять, как работает система в целом, объясняет он. И это может стать ключом к управлению жизненно важными ресурсами Земли.
