Вода под землей: Откуда под землей появляется вода. Как пополняются подземные источники воды

Опубликовано в Разное
/
16 Янв 2019

Содержание

Что такое Подземные воды? | International Groundwater Resources Assessment Centre

Когда дождая вода выпадает на землю, часть ее стекает вдоль поверхности земли в ручьи, реки или озера, часть ее увлажняет почву. Часть этой воды используется растительностью; часть испаряется и возвращается в атмосферу. Часть воды также просачивается в землю, протекает в зону аэрации и достигает водное зеркало, воображаемую поверхность, ниже которой почва насыщена водой (смотри рисунок ниже).

Последнее и является подземными водами: вся вода, найденная под поверхностью земли в зоне насыщения.  

 Иллюстрация водного зеркала, насыщенной зоны и зоны аэрации

Подземные воды содержатся в так называемых «водоносных горизонтах». Водоносный горизонт (аквифер) представляет собой геологическую формацию или ее часть, состоящую из проницаемого материала, способного хранить/получать значительное количество воды. Водоносные горизонты могут состоять из различных материалов: рыхлых песков и гравия, проницаемых осадочных пород, таких как песчаники или известняки, обломков вулканических или кристаллических пород и.

т.д.  

Подземные воды (в природе) пополняются дождевой водой и таянием снега, или водой, которая просачивается через дно некоторых озер и рек. Подземные воды также могут пополняться, когда происходит утечка системы водоснабжения или когда посевы орошаются большим количеством воды, чем требуется. Также существуют методы управления питанием водоносного горизонта и увеличения количества воды, просачивающейся в почву. 

Подземные воды могут быть найдены практически везде. Водное зеркало может залегать глубоко или неглубоко, в зависимости от ряда факторов, таких, как физические особенности региона, метеорологические условия, питание и степень эксплуатации. Сильные дожди могут привести к пополнению и вызвать повышение уровня водного зеркала. С другой стороны, длительная засуха может привести к падению уровня водного зеркала. 

Когда подземные воды достигают водоносный горизонт, они не стоят на месте. Как правило, они продолжают течь, но гораздо медленнее, чем до достижения водоносного горизонта. Скорость движения подземных вод зависит от характеристики водоносного горизонта. А движутся они, как правило, от высоких к низким уровням под действием гравитации, при условии отсутствия антропогенного воздействия, например насосных скважин. Подземные воды будут двигаться, пока они не втекут в другой водоносный горизонт или в другой водоем, например в озеро, реку, океан, или до тех пор, пока их не извлекут из колодца. 

Для того, чтобы иметь возможность хранить и производить подземные воды, водоносный горизонт должен обладать определенными физическими характеристиками. Он должен иметь пустоты (поры или трещины), в котором подземные воды могут храниться, и эти пустоты должны быть соединены между собой, что позволит подземным водам протекать через них. С технической точки зрения, при наличии соединенных между собой пустот, подобная геологическая формация является проницаемой. Когда пустот нет или они не связаны между собой, то такая геологическая формация является непроницаемой. Чем выше пористость и проницаемость водоносного горизонта, тем больше подземных вод хранится и производится в нем.

Проницаемые и непроницаемые геологические формации

Почему подземные воды так важны?

Подземные воды представляют собой около 30% мирового запаса пресной воды. Из других 70%, почти 69% содержатся в ледяном покрове и горных снегах/ледняках и лишь 1 % в реках и озерах. Подземные воды представляют собой в среднем одну треть потребляемой людьми пресной воды, а в некоторых частях мира этот процент может достигать 100%. На рисунке ниже дается краткий обзор распределения воды на Земле. 

Распределение воды на Земле

Подземные воды являются очень важным природным ресурсом и играют значительную роль в экономике. Это основной источник воды для орошения и пищевой промышленности. В целом, подземные воды являются надежным источником воды для сельского хозяйства и могут гибко использоваться: когда сухо и спрос выше, может быть извлечено больше подземных вод, а при выпадании достаточного количества осадков необходимость извлечения подземных вод будет меньше. Во всем мире, на орошение приходится более 70 % всего забора воды (как поверхностных, так и подземных вод). По оценкам, примерно 43 % общего объема воды, используемой для орошения, приходится на подземные воды.

Для окружающей среды подземные воды играют очень важную роль в поддержании уровня воды, они пополняют реки, озера и водно-болотные угодья. Особенно во период сухих месяцев, когда происходит очень мало прямого пополнения от дождевых осадков, они обеспечивают окружающую среду потоком подземных вод через дно этих водоемов и становятся существенными для диких животных и растений, обитающих в этой среде. Подземные воды также играют значимую роль в устойчивой навигации через внутренние воды в сухие сезоны. Выход подземных вод в реки помогает поддеживает  более высокий уровень воды. 

Подземные воды можно найти практически везде и качество их, как правило, очень хорошее. Тот факт, что подземные воды хранятся в слоях под поверхностью, и иногда на очень высокой глубине, помогает защитить их от загрязнения и сохранить их качество.

Кроме того, подземные воды являются природным ресурсом, который часто может быть найден вблизи конечных потребителей и поэтому не требует больших вложений с точки зрения инфраструктуры и обработки, что часто бывает необходимым при добыче поверхностных вод. Самое главное в использовании подземных вод, это найти правильный баланс между водозабором и предоставлением водоносному горизонту возможности восстановиться, чтобы избежать чрезмерной эксплуатации и загрязнения этого важнейшего ресурса. 

Источники

  • USGS – Вода в мире 
  • USGS – Что такое подземные воды – Д. В. Кларк и Д.В. Брайэр. Открытый файл отчет 93-643, переиздан в апреле 2001
  • Значимость подземных вод — Д – ЛОНГВУДСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Интересные факты / Геотермальная электростанция

Интересные факты / Геотермальная электростанция

Геотермальная электростанция

Геотермальная электростанция

    В  недрах земли находится большое сокровище. Это не золото, не серебро и не драгоценные камни — это огромный запас геотермальной энергии.
    Большая часть этой энергии заключена в слоях расплавленных пород, называемых магмой. Тепло Земли — настоящее сокровище, поскольку это чистый источник энергии, и он имеет преимущества перед энергией нефти, газа и атома.
    Глубоко под землей температура достигает сотен и даже тысяч градусов по Цельсию. Предполагают, что количество подземного тепла, выходящего каждый год на поверхность, в пересчете на мегаватт-часы составляет 100 миллиардов. Это во много раз превышает количество электроэнергии, потребляемой во всем мире. Какая сила! Однако укротить ее совсем не просто.

Как добраться до сокровища
    Какое-то количество тепла находится в почве, даже недалеко от поверхности Земли. Его можно извлечь при помощи тепловых насосов, подсоединенных к трубам, проложенным под землей. Энергию земных недр можно использовать как для обогрева домов зимой, так и для других целей. Люди, живущие неподалеку от горячих источников или в районах, где происходят активные геологические процессы, нашли и другие способы применения тепла Земли. В древности римляне, например, использовали тепло горячих источников для бань.

    Но большая часть тепла сосредоточена под земной корой в слое, называемом мантией. Средняя толщина земной коры составляет 35 километров, и современные бурильные технологии не позволяют проникнуть на такую глубину. Однако земная кора состоит из многочисленных плит, и в некоторых местах, особенно на месте их стыка, она тоньше. В этих местах магма поднимается ближе к поверхности Земли и нагревает воду, попавшую в пласты горных пород. Эти пласты обычно залегают на глубине всего лишь двух-трех километров от поверхности Земли. При помощи современных бурильных технологий проникнуть туда вполне по силам. Энергию геотермальных источников можно извлечь и с пользой применять.

Энергия на службе у человека
    На уровне моря вода превращается в пар при температуре 100 градусов по Цельсию.

Но под землей, где давление намного выше, вода остается в жидком состоянии и при более высоких температурах. Точка кипения воды повышается до 230, 315 и 600 градусов по Цельсию на глубине 300, 1 525 и 3 000 метров соответственно. Если температура воды в пробуренной скважине выше 175 градусов по Цельсию, то эту воду можно использовать для работы электрогенераторов.
    Вода высоких температур обычно встречается в районах недавней вулканической активности, например в Тихоокеанском геосинклинальном поясе — там, на островах Тихого океана, много действующих, а также потухших вулканов. Филиппины находятся в этой зоне. И в последние годы эта страна достигла значительных успехов в использовании геотермальных источников для производства электроэнергии. Филиппины стали одним из самых крупных в мире производителей геотермальной энергии. Более 20 процентов всего электричества, потребляемого страной, получают таким способом.
    Чтобы больше узнать о том, как используют запасы тепла Земли для производства электричества, посетите большую геотермальную электростанцию Мак-Бан в филиппинской провинции Лагуна. Мощность электростанции составляет 426 мегаватт.

    Дорога ведет к геотермальному полю. Приближаясь к станции, попадаете в целое царство больших труб, по которым пар из геотермальных колодцев поступает к генератору. Пар по трубам идет и с расположенных неподалеку холмов. Через определенные промежутки огромные трубы согнуты в специальные петли, позволяющие им расширяться и сжиматься при нагревании и охлаждении.
    Рядом с этим местом находится офис компании «Philippine Geothermal, Inc.». Недалеко от офиса находится несколько эксплуатационных скважин. На станции используется тот же метод бурения, что и при нефтедобыче. Разница лишь в том, что эти скважины больше в диаметре. Колодцы становятся трубопроводами, через которые горячая вода и пар под давлением поднимаются к поверхности. Именно такая смесь поступает на электростанцию. Вот два колодца, расположенные очень близко. Они сближаются только у поверхности. Под землей один из них уходит вертикально вниз, а другой направляют сотрудники станции по своему усмотрению.

Так как земля дорогая, то такое расположение очень выгодно — буря колодцы близко друг к другу, экономятся средства.
    На этой площадке применяется «технология мгновенного испарения». Глубина самого глубокого колодца здесь 3 700 метров. Горячая вода находится под высоким давлением глубоко под землей. Но когда вода поднимается к поверхности, давление падает, и большая часть воды мгновенно превращается в пар, отсюда и название.
    По трубопроводу вода поступает в сепаратор. Здесь пар отделяется от горячей воды или геотермального рассола. Но и после этого пар еще не готов для поступления в электрогенератор — капли воды остаются в потоке пара. В этих каплях есть частицы веществ, которые могут попасть в турбину и повредить ее. Поэтому после сепаратора пар попадает в газоочиститель. Здесь пар очищается от этих частиц.
    По большим трубам, покрытым изоляцией, очищенный пар поступает на электростанцию, расположенную приблизительно в километре отсюда. Прежде чем пар попадает в турбину и приводит в движение генератор, его пропускают еще через один газоочиститель, чтобы удалить образовавшийся конденсат.
    Если подняться на вершину холма, то взору откроется вся геотермальная площадка.
    Общая площадь этого участка около семи квадратных километров. Здесь находятся 102 колодца, из них 63 — эксплуатационные скважины. Многие другие используются, чтобы закачивать воду обратно в недра. Каждый час перерабатывается такое огромное количество горячей воды и пара, что необходимо возвращать отделенную воду обратно в недра, чтобы не наносить вреда окружающей среде. А также этот процесс помогает восстановлению геотермального поля.
    Как геотермальная электростанция влияет на вид местности? Больше всего о ней напоминает пар, выходящий из паровых турбин. Вокруг электростанции растут кокосовые пальмы и другие деревья. В долине, расположенной у подножия холма, построено много жилых домов. Следовательно, при правильном использовании геотермальная энергия может служить людям, не нанося вреда окружающей среде.
    На данной электростанции для производства электроэнергии используют только высокотемпературный пар. Однако не так давно попробовали получать энергию при помощи жидкости, температура которой ниже 200 градусов по Цельсию. И в итоге появилась геотермальная электростанция с двойным циклом. В ходе работы горячая пароводяная смесь используется для превращения в газообразное состояние рабочей жидкости, которая, в свою очередь, приводит в движение турбину.
Плюсы и минусы
    Использование геотермальной энергии имеет много плюсов. Страны, где она применяется, меньше зависят от нефти. Каждые десять мегаватт электроэнергии, получаемые на геотермальных электростанциях ежегодно, помогают экономить 140000 баррелей сырой нефти в год. К тому же геотермальные ресурсы огромны, и опасность их истощения во много раз ниже, чем в случае со многими другими энергетическими ресурсами. Использование геотермальной энергии решает проблему загрязнения окружающей среды. К тому же ее себестоимость довольно низкая по сравнению со многими другими видами энергии.
    Есть несколько минусов экологического характера. В геотермальном паре обычно содержится сероводород, который в больших количествах ядовит, а в небольших — неприятен из-за запаха серы. Однако системы, удаляющие этот газ, эффективны и более действенны, чем системы понижения токсичности выхлопа на электростанциях, работающих на ископаемом топливе. Кроме того, частицы в пароводяном потоке иногда содержат небольшое количество мышьяка и других ядовитых веществ. Но при закачивании отходов в землю опасность сводится до минимума. Беспокойство может вызывать и возможность загрязнения грунтовых вод. Чтобы этого не произошло, геотермальные колодцы, пробуренные на большую глубину, должны быть «одеты» в каркас из стали, и цемента.

Версия для печати

К списку

© 2004—2017, Администрация городского округа Реутов. Все права защищены

Вода под землей

Если сказать, что в океане воду можно встретить везде то это будет тривиальной истиной, если же сказать, что воду на суше можно найти везде, то это будет парадоксом. Между тем на суше воду действительно можно найти везде, даже в пустыне, если выкопать глубокий колодец или пробурить скважину. В конце концов они обязательно достигнут подземного водного бассейна. В прошлом это, видимо, и поддерживало гипотезы о пустотах в недрах Земли, заполненных водой, которая питает реки, или даже о сплошном подземном водном слое. Вода в земной коре находится в парообразном, гигроскопическом, пленочном, капиллярном, гравитационном и твердом состояниях. Наибольший интерес для водоснабжения представляет гравитационная, или свободная, вода, которая в своем перемещении подчиняется исключительно силе гравитации. В зависимости от условий залегания эта вода может быть безнапорной, со свободной поверхностью зеркала воды в пористых грунтах над водонепроницаемым слоем, и напорной, находящейся между водонепроницаемыми слоями.

Меньше всего человеку известно о подземных водах, особенно глубоко залегающих. Человек пока еще не смог проникнуть глубоко в земную кору. Скважина на Кольском полуострове в СССР, самая глубокая в мире, достигла 12 км. Поэтому и оценки массы этих вод очень сильно расходятся. Обычно при подсчете массы учитывают запасы воды только в верхнем 2-3, редко 5-километровом слое. Бурение глубоких скважин, и в том числе на Кольском полуострове, показало, что вода в недрах Земли может существовать в жидком виде значительно ниже 5 км от поверхности, а в зависимости от условий — и глубже 10 км.

С глубиной температура в земной коре растет, и там все больше образуется парообразной воды и остается все меньше жидкой. На значительной глубине при высокой температуре вся вода переходит в пароводяную смесь. А при температуре 374 °С для пресной воды и 425 °С и выше для насыщенных растворов и давлении 218 атм, т. е. в так называемых надкритических условиях, вода переходит в особое состояние, когда стирается разница между паром и водой, так как молекулы воды приобретают скорость газовых, а плотность ее близка к плотности жидкой воды. Возникает своего рода водяная плазма.

Еще Плиний Старший писал, что «вода пропитывает всю Землю — изнутри, снаружи, сверху; ее жилы расходятся во всех направлениях как связующие звенья». Плиний оказался во многом прав.

А — Верховодка.
Б — Грунтовые воды, образующие зону активного водообмена.
В — Безнапорные межпластовые воды.
Г — Напорные подземные воды.
1) Проницаемые породы.
2) Непроницаемые породы.
3) Буровые скважины.
4) Уровни воды (а — свободный, б — напорный)
5) Источник.

Источники появления воды под землей

На школьных уроках окружающего мира мы сталкивались с таким понятием как круговорот воды в природе. В процессе этого круговорота часть воды задерживается под землей. После дождя вода попадает в песчаные, галечные, гравелистые грунты. Вода проходит фильтрационный цикл и задерживается в некоторых слоях почвы, натолкнувшись на водоупор.  

Водоупор — это почвенный слой плотной консистенции, за счет которой задерживается основной поток воды. Сам процесс попадания воды в определенные слои почвы называется инфильтрацией или инфильтрационный путь образования подземных вод.

К примеру:

  1. Сквозь песчаный слой вода проходит за месяц порядка 60 погонных метров.
  2. А через глину аналогичный объем воды проходит уже за 90 лет!

Грунтовые воды

Как описывалось выше, просачиваясь через песчаные почвы, вода тормозится водоупором и начинает накапливаться. Появляется водоносный горизонт. Самый первый такой водоносный горизонт, образовавшийся над ближайшим к поверхности водоупором, называется грунтовыми водами. Уровень грунтовых вод зависит от осадков. Чем больше дождей проливается на землю, тем выше уровень грунтовых вод. Без дождей этот водоносный слой становится беднее, а иногда даже исчезает.

Подземные реки

В местах максимального уровня заглубления водонепроницаемого слоя накапливается большое количество воды, которая постепенно преобразуется в настоящие подземные реки. По причине того, что водоупорный пласт не везде сплошной и имеет пробелы, вода из подводной реки попадает в низшие слои. Самый низкий уровень залегания подземных вод от 30 до 300 метров и ниже.

Известен факт, что чем ниже уровень залегания подземных водоносных слоев, тем чище в них вода. Это утверждение объясняется более длительным путем фильтрации. Самыми загрязненными считаются грунтовые воды. Самая чистая вода извлекается из глубоких водоносных скважин.

И снова вспомним о круговороте воды в природе. Из нижних слоев вода вытекает на поверхность в виде родников и гейзеров. Водичка в таких источниках, как правило, очень чистая, насыщенная минералами.

 

Подземные воды — Вода скважина

 

 

Подземные воды

Что такое подземные воды?

Дети, наверное, думают, что это волшебство… они нажимают рычаг и из под земли течет вода. Они (а может быть и вы) не могут представить, что в водоносных горизонтах ниже земной поверхности огромное количество воды. Под землей в сто раз больше воды, чем во всех реках и озерах в мире.

Грунтовые воды есть почти везде, под холмами, горами, равнинами и пустынями. Но они не всегда доступны без бурения скважин на воду или копаных колодцев и их иногда трудно найти, а так же измерить и описать. Вода может находиться близко к поверхности земли, например в болоте, или может залегать на многие сотни метров от поверхности. Вода на небольшие глубины может поступать с поверхности за несколько часов, на умеренные – десятки лет, а на больше глубины вода поступает в течение тысяч лет.

Подземные воды первоначально накапливаются близко от поверхности Земли. Верхние водоносные горизонты – это обычно пласты песка или гравия, заключенные между водоупорными пластами, чаще глиной.

Подземные воды являются важной частью круговорота воды в природе. Осадки просачиваются вниз сквозь почву, пока не достигнут пласта, который насыщен водой. Вода в земле находится в пористых каменных породах, в известняке и в песке. Подземные воды медленно движутся под землей, если есть уклон — то вниз (благодаря гравитации), и в конечном итоге могут выйти в ручьях, озерах и океанах.

Почему существуют подземные воды?

Пара важных факторов ответственных за существование подземных вод:

За счет гравитации вода стремится к центру Земли. Это означает, что вода с поверхности пытается просочиться под землю.

  • Известняк и песок ниже поверхности грунта.

Известняк и песок ниже поверхности Земли является основой водоносного пласта. Если бы ниже поверхности земли были пласты плотного материала, например гранита, то даже за счет гравитации вода не смогла бы проникнуть вниз.

К счастью, грунт Земли состоит из различных пород, таких как песчаник, гранит, и известняк. В почве имеются различные пустоты, в которых накапливаются грунтовые воды.

Некоторые породы, например известняк, растворяются, вымываются этой же водой и в них образуются полости, заполненные водой.

Во многих местах, если посмотреть на сечение земли вы бы увидели, что слои камней находятся вблизи осадочных пород . Некоторые слои имеют камни достаточно пористые, в них вода движется более свободно сквозь толщу.

Плотные породы, такие как гранит, или сквозь которые вода трудно проникает, например глина, расположенные под пористыми слоями, являются ограничителями для вертикального перемещения воды и называются водоупорами. Таким образом, вода задерживается в пористых породах, накапливается и перемещается в более горизонтальном направлении до русла водоема.

Это можно представить следующим образом: возьмите два губки и положите одну на другую. Налейте воду на верхнюю. Вода будет просачиваться от верхней губки в нижнюю.

Если вы прекратили добавлять воду, вся вода из верхней перейдет в нижнюю губку.

Положите кусочек полиэтиленовой пленки между губок, создавая свой «водоупор». Теперь, когда вы льете воду на верхнюю губку, вода будет просачиваться вниз, пока не встретит полиэтилен. Верхняя губка станет насыщенной, а вода попадая на пленку не сможет просочиться во второй губке. Вместо этого, она потечет в стороны и выйдет через края губки (горизонтальный поток грунтовых вод).

Такое постоянно происходит на земле, и это является важной частью круговорота воды.

Какой должна быть глубина при бурении скважин на питьевую воду?

Проживая в частных домах и на дачах, их владельцы стремятся обеспечить себе максимальный комфорт, неотъемлемой частью которого является наличие питьевой воды. Самый логичный способ обеспечить себя питьевой водой в неограниченных количествах – это бурение глубоких скважин. Скважины представляют собой колодцы в виде трубы с небольшим диаметром и большой глубиной. Чем меньше глубина скважины, тем грязнее будет вода, которую с ее помощью можно получить. Это связано с высокой вероятностью проникновения стоков и грунтовых вод в верхний водоносный слой. По этой причине бурение скважин на питьевую воду всегда выполняется на значительную глубину.

Как выбрать место для скважины на питьевую воду?

При выборе места для бурения учитывается особенность рельефа и строения грунта. Водоносные слои могут располагаться неравномерно в пределах одного участка, на разной глубине. Именно поэтому желательно привлекать для исследования участка опытных специалистов. Обычно для определения расположения водоносного слоя и качества воды проводят пробное бурение. Эти работы требуют лицензирования, поэтому к выбору организации для их выполнения следует подходить особенно ответственно. Важно помнить, что качество воды определяется составом грунтов на прилежащих участках. Например, не рекомендуется бурить скважины на питьевую воду вблизи полей, обрабатываемых химикатами, или кладбищ. Полученную при пробном бурении воду отправляют в лабораторию на анализ. К питьевой воде предъявляются особенно высокие требования, так как она может нанести серьезный вред здоровью при ненадлежащем качестве.

Водоносные слои

Всего в процессе бурения встречается 3 водоносных слоя:

  1. На глубине 4-6 метров, обычно это грязная вода, пригодная только для полива.
  2. На глубине 10-17 метров, вода может быть пригодна для питья, но часто имеет вредные примеси, поэтому требует обязательного лабораторного исследования.
  3. На глубине 25-45 метров находятся самые чистые артезианские воды.

Виды скважин

В зависимости от глубины выделяют песчаные и артезианские скважины. И те, и другие могут быть использованы для получения питьевой воды, но предпочтение обычно отдается артезианским, которые еще называют «на известняк». Глубина песчаных скважин – до 20 метров, артезианских – до 100. Верхние водоносные слои изолируются трубой, чтобы вода из них не попадала в скважину.

Бурение скважин на питьевую воду от компании «Вода-Ст»

Компания «Вода-Ст» проведет исследование участка, определит оптимальное расположение скважины для питьевой воды, выполнит пробное бурение. Наши специалисты помогут получить заключение о качестве воды в лаборатории, оформить разрешение на бурение. Если планируется коммерческое использование скважины, то есть продажа полученной воды, потребуется лицензирование, в котором компания «Вода-Ст» также может оказать помощь.

Мы разрабатываем проект скважины, реализуем его, подбирая и устанавливая оптимальное оборудование. Это обеспечивает необходимый напор, достойное качество воды и долгий срок службы скважины. Все виды работ выполняются в соответствии с существующими нормами, на них предоставляется гарантия.

Компания «Вода-Ст» – это бурение глубоких скважин по доступным ценам. Мы выезжаем на объекты, расположенные в Москве, Подмосковье и близлежащих городах. Все вопросы по сотрудничеству можно задать нашим специалистам по телефону или через форму обратной связи.

Другие статьи

Наука: Наука и техника: Lenta.ru

В недрах Земли содержится огромное количество воды, в несколько раз превышающее объем Мирового океана. Как она туда попала, непонятно, а о ее роли в формировании и современной внутренней динамике планеты можно только строить догадки. Хотя в 2016 году ученые уже уверены в существовании, по крайней мере в прошлом, подповерхностного океана на Плутоне, об обилии воды в мантии Земли достоверно узнали только в 2014 году. Подробнее о неожиданных открытиях, совершенных в том числе с участием российских геофизиков, рассказывает «Лента.ру».

Материалы по теме

00:02 — 25 апреля 2016

О внутреннем строении Земли ученые знают не так много, как может показаться. Прямые исследования недр планеты исключительно затруднены. Распределение плотности внутри Земли можно оценить, например, наблюдая распространение сейсмических волн — на глубине в несколько десятков километров, на так называемой границе Мохоровичича, их скорость резко увеличивается с 7 до 8 километров в секунду. Это означает, что возмущение вещества перешло из менее плотной среды в более плотную — из коры в верхнюю мантию. В мантии волны тоже распространяются с разной скоростью — на глубине порядка 600 километров происходит замедление, возмущение переходит в зону нижней мантии и затем, на глубине около 2,9 тысячи километров достигает ядра.

Кроме того, помогает изучение минералов, которые когда-то находились в недрах планеты. Именно так и обнаружили подземную воду. В 2014 году международный коллектив геофизиков сообщил в журнале Nature, что в переходном слое между верхней и нижней мантией, на глубине 410-660 километров, имеются обширные запасы воды. Ученые провели рентгеноструктурный, рамановский и инфракрасный анализ образцов оливина, найденных близ реки Сан-Луис в современной Бразилии, и выявили в минерале содержащие воду включения рингвудита.

Материалы по теме

09:10 — 18 июля 2015

Живой Плутон

Что узнала станция New Horizons об окраинах Солнечной системы

Вода могла попасть туда только из переходной зоны мантии — на такую возможность ранее указывали теоретические расчеты и эксперименты. Согласно этим данным, оливин при высоких температурах и давлениях, характерных для мантии на глубине 410-660 километров, преобразуется в рингвудит и еще один минерал, вадслеит. Рингвудит и вадслеит поглощают на порядки больше воды, чем оливин — примерно до 2,5 процента их общей массы. В исследованном учеными образце содержалось до 1,5 процента рингвудита. Геофизики сделали вывод, что по крайней мере локально, то есть там, где из оливина возник рингвудит, мантия примерно на один процент по массе состоит из воды. Простые оценки показывают, что в недрах Земли воды хватит как минимум на несколько Мировых океанов.

Внутреннее строение Земли

Это подтвердила другая группа ученых, куда входили и российские специалисты. В 2015 году в журнале Nature они опубликовали статью с результатами исследования рингвудита, найденного в зеленокаменном поясе Абитиби на Канадском щите Северо-Американской платформы. Этот пояс представляет собой один из самых распространенных комплексов пород среднего и позднего архея. В глубину такие комплексы могут достигать 20 километров, в ширину — 200 километров, в длину — тысячу километров. В Канадском щите их шесть. Зеленокаменные пояса формировались на Земле 2,5-3,5 миллиарда лет назад — это указывает на возраст исследованного рингвудита и подземного океана, заключенного в минералы.

Материалы по теме

00:03 — 8 мая 2016

Изучая включения в оливине, геофизики выявили повышенное содержание воды в первичных расплавах коматиитов — продуктов вулканических извержений возрастом 2,7 миллиарда лет из пояса Абитиби. Коматииты, скорее всего, образовались в глубинной мантийной струе с потенциальной температурой плюс 1725 градусов Цельсия. Вода в мантийном источнике коматиитов была захвачена из промежуточной мантийной зоны на глубине 620-410 километров. При выполнении этой научной работы российские ученые из Института геохимии и аналитической химии имени Владимира Вернадского Российской академии наук разработали уникальный метод электронно-зондового микроанализа оливина с точностью определения примесных элементов в пять грамм на тонну, первыми в России запустив высокотемпературную (до плюс 1700 градусов Цельсия) экспериментальную установку с контролируемой летучестью кислорода.

Выводы ученых подтвердились. Британские и американские геофизики, проведя множество компьютерных квантово-механических расчетов, показали, что множество гидратированных, то есть включающих в себя воду, минералов, в частности брусит, при высоких давлениях и температурах, таких, как в недрах Земли на глубине 400-600 километров, являются термодинамически устойчивыми. Об этом сообщается в статье, опубликованной в 2016 году в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Материалы по теме

15:51 — 29 сентября 2015

Другой международный коллектив геофизиков проанализировал алмаз, выброшенный примерно 90 миллионов лет назад при извержении вулкана на поверхность Земли близ бразильской реки Сан-Луис. Инфракрасная микроскопия выявила в минерале включения, возникшие при его формировании и связанные с наличием гидроксильных ионов, которые, скорее всего, попали в минерал вместе с водой. Оказалось, что эти включения состоят главным образом из феррипериклаза (магнезиовюстита) — на него приходится примерно пятая часть минеральной фазы нижней, то есть расположенной на глубине 660-2900 километров мантии Земли. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Lithos.

Феррипериклаз состоит из оксидов железа и магния, а также может, при сверхвысоких давлениях и температурах, характерных для нижней мантии, поглощать хром, алюминий и титан. Между тем эти дополнительные включения в минерале не были обнаружены, значит, алмаз возник на глубине около тысячи километров. Таким образом, заключенная в минералы подземная вода находится не только на глубине 600-400 километров, но и в более глубоких слоях мантии.

Вода способна влиять на электропроводность мантии и ее подвижность. Ученые пока не могут точно сказать, почему ее так много в недрах Земли и как она туда попала. Ранее геофизики полагали, что вода внутрь планеты проникает из Мирового океана в результате субдукции — погружения одной литосферной плиты под другую. Аномально высокую концентрацию воды в исследованных минералах таким механизмом не объяснить. Вероятнее всего, подземная вода образовалась при формировании планеты. Прояснить ситуацию ученые попробуют, проанализировав коллекцию коматиитов, собранных в африканской провинции Барбертон. Возраст этих затвердевших древних лав оценивается в 3,3 миллиарда лет.

подземных вод | Описание и значение

Подземные воды , вода, которая встречается ниже поверхности Земли, где она занимает все или часть пустот в почвах или геологических слоях. Их также называют подземными водами, чтобы отличить их от поверхностных вод, которые встречаются в крупных водоемах, таких как океаны или озера, или которые текут по суше ручьями. Как поверхностные, так и подземные воды связаны через гидрологический цикл (непрерывная циркуляция воды в системе Земля-атмосфера).

Британская викторина

Тест по подземным водам

Вы можете знать все о том, что происходит с водой над землей, но что вы знаете о грунтовых водах? Проверьте свои знания с помощью этой викторины.

Далее следует краткая обработка грунтовых вод. Для полной очистки, см. гидросфера: Подземные воды.

Большая часть подземных вод поступает из атмосферных осадков. Осадки проникают под землей в почвенную зону. Когда почвенная зона становится насыщенной, вода просачивается вниз. Зона насыщения возникает там, где все пустоты заполнены водой. Также есть зона аэрации, в которой пустоты частично заняты водой и частично воздухом. Подземные воды продолжают опускаться до тех пор, пока на некоторой глубине не сливаются с зоной плотной породы. Вода содержится в порах таких пород, но поры не связаны между собой, и вода не будет мигрировать.Процесс выпадения осадков, пополняющих запасы грунтовых вод, известен как подпитка. Как правило, подзарядка происходит только в сезон дождей в тропическом климате или зимой в умеренном климате. Обычно от 10 до 20 процентов осадков, выпадающих на Землю, попадает в водоносные пласты, которые известны как водоносные горизонты.

Подземные воды постоянно находятся в движении. По сравнению с поверхностными водами он движется очень медленно, фактическая скорость зависит от проницаемости и емкости водоносного горизонта.Естественный отток грунтовых вод происходит через родники и русла рек, когда давление грунтовых вод выше атмосферного давления вблизи поверхности земли. Внутреннюю циркуляцию нелегко определить, но около уровня грунтовых вод среднее время круговорота воды может составлять год или меньше, тогда как в глубоких водоносных горизонтах оно может достигать тысяч лет.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишись сейчас

Подземные воды играют жизненно важную роль в развитии засушливых и полузасушливых зон, иногда поддерживая крупные сельскохозяйственные и промышленные предприятия, которые иначе не могли бы существовать.Особенно удачно то, что водоносные горизонты, существовавшие до образования пустынь, не подвергаются влиянию увеличения засушливости с течением времени. Однако отток воды приведет к истощению даже самого большого бассейна подземных вод, так что развитие, основанное на существовании водоносных горизонтов, может быть в лучшем случае только временным.

Огромное количество подземных вод распределено по всему миру, и большое количество резервуаров подземных вод все еще недостаточно развиты или не исследованы. По оценкам ученых, около 5.97 квинтиллионов галлонов (22,6 миллиона кубических километров [5,4 миллиона кубических миль]) подземных вод находятся в верхних 2 км (1,2 мили) поверхности Земли. Наиболее часто исследуемые или эксплуатируемые резервуары подземных вод относятся к рыхлому, обломочному (в основном, песчано-гравийному) или карбонатному типу твердых пород, встречающемуся в аллювиальных долинах и прибрежных равнинах в умеренных или засушливых условиях.

Хотя некоторые подземные воды растворяют вещества из горных пород и могут содержать следы старой морской воды, большая часть подземных вод свободна от патогенных организмов, и их очистка для бытового или промышленного использования не требуется.Кроме того, запасы грунтовых вод не подвергаются серьезному воздействию кратковременных засух и доступны во многих районах, не имеющих надежных источников поверхностных вод. Однако водоносные горизонты и другие запасы грунтовых вод подвержены риску химического загрязнения от гидроразрыва, сельскохозяйственных химикатов, протекающих или непригодных свалок и септических резервуаров, а также других точечных и неточечных источников загрязнения. Такое загрязнение может сделать грунтовые воды непригодными для использования, а очистить их дорого и трудно.

Подземные воды | Информация о воде Земли

Содержание страницы Кимберли Маллен, CPG

Распределение воды на Земле

Земля известна как «Голубая планета», потому что 71 процент поверхности Земли покрыт водой.Вода также существует под землей и в виде водяного пара в воздухе. Вода — конечный источник. Вода в бутылках, потребляемая сегодня, может быть той же водой, которая когда-то текла по спине шерстистого мамонта. Земля — ​​замкнутая система, а это значит, что очень небольшое количество вещества, включая воду, когда-либо покидает или входит в атмосферу; вода, которая была здесь миллиарды лет назад, все еще здесь сейчас же. Но Земля очищает и пополняет запасы воды за счет гидрологического цикла.

На Земле много воды, но, к сожалению, лишь небольшой процент (около 0.3 процента), может использоваться даже людьми. Остальные 99,7% находятся в океанах, почвах, ледяных шапках и в атмосфере. Тем не менее, большая часть из 0,3%, можно использовать недостижимо. Большая часть воды, используемой людьми, поступает из рек. Видимые водоемы называются поверхностными водами. Большая часть пресной воды фактически находится под землей в виде почвенной влаги и в водоносных горизонтах. Подземные воды могут подпитывать ручьи, поэтому река может продолжать течь, даже когда не было осадков.Люди могут использовать как грунтовые, так и поверхностные воды.

Распределение воды на Земле
  • Вода в океане: 97,2 процента
  • Ледники и другой лед: 2,15 процента
  • Подземные воды: 0,61 процента
  • Пресноводные озера: 0,009 процента
  • Внутренние моря: 0,008 процента
  • Почвы Влажность: 0,005%
  • Атмосфера: 0,001%
  • Реки: 0,0001%.

(Ссылка: http: //ga.water.usgs.gov / edu / earthwherewater.html)

(Источник: Nace, USGS, 1967 и The Hydrologic Cycle (Pamphlet), USGS, 1984)

Поверхностные воды намного легче достижимы, поэтому они становятся наиболее распространенным источником питьевой воды. Люди используют около 321 миллиарда галлонов поверхностных вод в день. Ежедневно используется около 77 миллиардов галлонов грунтовых вод. Также существуют проблемы с загрязнением водоснабжения. Это еще больше ограничивает количество воды, доступной для потребления человеком.Вода встречается во многих разных формах и во многих разных местах. Хотя количество воды, которое существует, кажется изобилием, наличие вода для потребления человеком ограничена.

Поверхностные воды

Поверхностные воды можно описать просто как воду, которая находится на поверхности Земли. Сюда входят океаны, реки и ручьи, озера и водохранилища. Поверхностные воды очень важны. Они составляют примерно 80 процентов используемой воды. на ежедневной основе.В 1990 году одни только США использовали около 327 000 миллиардов галлонов поверхностной воды в день. Поверхностные воды составляют большую часть воды, используемой для коммунального водоснабжения и орошения. В майнинге он играет меньшую роль и животноводство. Океаны, которые являются крупнейшим источником поверхностных вод, составляют примерно 97 процентов поверхностных вод Земли. Однако, поскольку океаны имеют высокую соленость, вода не пригодна для питья. Усилия был сделан для удаления соли из воды (опреснение), но это очень дорогостоящее мероприятие.Соленая вода используется в процессе добычи полезных ископаемых, в промышленности и в производстве электроэнергии. Океаны также играют жизненно важную роль в гидрологическом цикле, регулируя глобальный климат и обеспечение среды обитания для тысяч морских видов.

Реки и ручьи представляют собой текущие поверхностные воды. Сила тяжести естественным образом притягивает воду с большей высоты на меньшую. Реки получают воду из двух источников: грунтовые воды и сток. Реки могут получать воду из грунт, если они врезаются в грунт, участок, в котором грунт насыщен водой.Это называется основным потоком в ручье. Сток течет вниз, сначала небольшими ручьями, затем постепенно сливаясь с другими ручьями и ручьями, увеличиваясь. размером, пока не сформируется река. Эти небольшие ручьи или притоки, в которых начинается река, известны как истоки. Источники из замкнутых водоносных горизонтов также могут вносить свой вклад в реки.

Река рано или поздно впадает в океан. Длину реки определить сложно, особенно если у нее много притоков. На веб-сайте USGS длина реки определяется как «расстояние до точки истока от исходного истока, где имя определяет полную длину.»Для того, чтобы вода текла, у реки должна быть улучшенная земля, то есть земля, которая находится на более высоком уровне, чем река. Земля, которая улучшается в любой точке реки, известна как дренаж. бассейн или водораздел. Гряды возвышенности, такие как Континентальный водораздел, разделяют два водосборных бассейна. Текущая вода чрезвычайно сильна и играет важную роль в создании ландшафта и в жизни людей. Проточная вода используется для многих причины, включая ирригацию и производство гидроэлектроэнергии.Реки разрушают ландшафт и изменяют топографию Земли, вырезая каньоны и транспортируя почву и наносы, создавая плодородные равнины. Реки несут почву и отложения, которые были смыты в реку во время дождя или таяния снега. Чем быстрее движется вода, тем больший размер частиц может нести река. Геологическая служба США измеряет количество наносов, переносимых рекой, путем измерения стока или количества наносов. воды, протекающей мимо данного участка; и концентрация осадка.Осадки в реке могут быть полезными и вредными. Осадки, отложенные на берегах и в пойме, создают прекрасные сельскохозяйственные угодья. Однако осадок может навредить и даже разрушить плотины, водохранилища и жизнь в ручье. Кроме того, во время наводнений эти отложения могут оставаться в нежелательных местах в виде липкой вонючей грязи.

Измерение расхода воды осуществляется путем определения стадии потока и расхода потока. Стадия потока или точка отсчета — это высота поверхности воды в футах над произвольной контрольной точкой.Расход струи — это измерение количество воды, протекающей в определенный момент времени. Он измеряется в кубических футах в секунду. Измерение расхода определяет количество воды, текущей в реке на любой стадии течения. Чтобы произвести это измерение, ширина реки, а также глубина и скорость воды в различных точках должны быть измерены на нескольких различных стадиях течения. Поперечный разрез реки делится на интервалы и рассчитывается площадь каждого интервала.Если бы скорость была измеряется на разных глубинах на одном вертикальном интервале, затем скорость усредняется. Чтобы определить расход за интервал, площадь умножается на скорость. Чтобы найти расход всего ручья, нужно усреднить все интервалы. разряды рассчитываются. Важно проводить замеры расхода воды в ручье на различных этапах водотока, даже на этапе паводка.

Река достигает стадии паводка, когда река выходит из берегов. Стадия паводка может быть определена путем измерения уровня воды в ручье или просто высоты воды в ручье, измеренной от дна реки.Водоток может увеличиваться экспоненциально по мере увеличения габаритной высоты. Таким образом, небольшое увеличение высоты колеи может указывать на то, что река достигла стадии разлива. Наводнения — довольно частое, но опасное стихийное бедствие.

Обычно они возникают из-за того, что шторм или быстрое таяние снега произвело больше стока, чем может унести ручей. Обрушение плотин, оползни, перекрывающие русла ручьев, и приливы — некоторые другие причины наводнений. Погодные условия могут сильно повлиять на то, когда и где произойдет затопление.Изучая эти закономерности, геологи могут определить подверженность региона наводнениям в определенное время года. Период повторяемости, измеряемый годами, описывает масштабы наводнения. Изменения в водосборном бассейне, например, при заготовке древесины или при строительстве домов, может изменить масштаб наводнения. Обычно засушливая земля, которая покрывается водой во время наводнения, называется поймой. Ограничения на использование земель в поймах рек регулируется пойменным зонированием.Были построены дамбы и дамбы, чтобы уменьшить ущерб от наводнений.

Когда текущая вода достигает участка земли, полностью окруженного возвышенностями, образуется озеро. Вода не задерживается в этой низкой области, она просто выходит медленнее, чем скорость поступающей воды. Озера могут сильно различаться по площадь, глубина и тип воды. Большинство озер пресноводны, однако некоторые, например, Большое Соленое озеро и Мертвое море, имеют соленую воду. Вопреки распространенному мнению, водоем — это не то же самое, что озеро.Водохранилище — это искусственное озеро, образованное рекой. быть запруженным. Вода в водоеме движется очень медленно по сравнению с рекой. Таким образом, большая часть наносов, которые несет река, оседает на дно водохранилища. В конечном итоге резервуар заполнится осадком и грязью. и пришли в негодность.

Круговорот воды

Гидрологический цикл или круговорот воды — это графическое представление того, как вода циркулирует в окружающей среде. Молекулы воды остаются постоянными, хотя они могут меняться между твердой, жидкой и газовой формами.Капли воды в океане испаряются, что это процесс превращения жидкой воды в водяной пар. Испарение может происходить с поверхности воды, земли и снежных полей в воздух в виде водяного пара. Влага в воздухе может конденсироваться, что является процессом превращения водяного пара в воздухе. в жидкую воду. Капли воды на внешней стороне стакана с холодной водой представляют собой конденсированную воду. Конденсация — это процесс, противоположный испарению. Водяной пар конденсируется на крошечных частицах пыли, дыма и кристаллах соли, становясь частью облака.После некоторое время капли воды объединяются с другими каплями и падают на Землю в виде осадков (дождь, снег, град, мокрый снег, роса и мороз). После того, как осадки выпадут на Землю, они могут перейти в водоносный горизонт в виде грунтовых вод или капель. может оставаться над землей в виде поверхностных вод. Гидрологический цикл — важная концепция для понимания. Вода имеет множество применений на Земле, таких как потребление людьми и животными, производство энергии, а также для промышленных и сельскохозяйственных нужд. Осадки — в форма дождя и снега — тоже важно понимать.Это основной путь, по которому вода в небе спускается на Землю, где она наполняет озера и реки, подпитывает подземные водоносные горизонты и обеспечивает напитками растения и животные. Разное количество осадков выпадает на разных участках Земли с разной скоростью и в разное время года.

Одной из проблем круговорота воды на Земле является загрязнение воды. Химические вещества, которые часто попадают в воду, удалить очень трудно, если вообще возможно. Одним из потенциальных источников загрязнения воды является сток, то есть наземный сток воды.Хотя осадки вызывают сток, удаление растительности с земли может увеличить сток в определенной области. Осадки и почва с этих мест, не говоря уже о любых пестицидах и удобрениях, смываются в ручьи, океаны и озера. Что происходит с дождем после его выпадения, зависит от многих факторов, таких как интенсивность и продолжительность дождя, топография земли, состояние почвы, степень урбанизации и густота растительности. Распространенное заблуждение о дожде, что он имеет форму слезы, когда на самом деле он больше похож на булочку для гамбургера.Капли дождя также бывают разных размеров из-за изначальной разницы в размере частиц и разной скорости слияния.

Ледники и ледяные шапки

Ледники и ледяные шапки считаются хранилищами пресной воды. Они покрывают 10 процентов суши в мире. Эти ледники в основном расположены в Гренландии и Антарктиде. Ледники Гренландии покрывают почти всю сушу. Ледники начинают формироваться из-за накопления снега. Когда снегопад превышает скорость таяния в определенной области, начинают образовываться ледники.Это таяние происходит летом. Вес накапливающегося снега сжимает снег, образуя лед. Потому что эти ледники настолько тяжелые, что могут медленно спускаться с холмов.

Ледники влияют на топографию суши в некоторых областях. Древние ледники образовывали озера и долины. Пример тому — Великие озера. Длина ледников колеблется от размеров футбольного поля до сотен миль. Они также могут достигают толщины до 2 миль. Таяние ледников может иметь огромное влияние на уровень моря.По данным Геологической службы США, если бы сегодня все ледники растаяли, уровень моря поднялся бы примерно на 260 футов. Ледники оказали огромное влияние на формирование поверхности Земли и до сих пор ежедневно влияют на топографию.

Подземные воды

Под подземными водами понимаются воды, находящиеся под поверхностью Земли в условиях 100-процентного насыщения (если оно меньше 100-процентного насыщения, то вода считается влажностью почвы). Девяносто восемь процентов свежих запасов Земли вода подземная.Ее примерно в 60 раз больше, чем пресной воды в озерах и ручьях. Вода в земле проходит через поры в почве и скале, а также в трещинах и выветрившихся участках коренных пород. Количество порового пространства, присутствующего в рок и почва известны как пористость. Способность преодолевать породу или почву называется проницаемостью. Измерения проницаемости и пористости в породе и / или почве могут определить количество воды, которая может протекать через эту конкретную среду. «Высокая» проницаемость и пористость означает, что вода может перемещаться быстро.

Подземные воды встречаются в водоносных горизонтах. Водоносный горизонт — это массив водонасыщенных отложений или горных пород, в котором вода может легко перемещаться. Есть два основных типа водоносных горизонтов: безнапорные и закрытые. Безнапорный водоносный горизонт — это частично или полностью заполненный водоносный горизонт. который выставлен на поверхность земли. Поскольку этот водоносный горизонт находится в контакте с атмосферой, на него воздействуют метеорные воды и любые поверхностные загрязнения. Для защиты этого водоносного горизонта нет непроницаемого слоя. Напротив, ограниченный Водоносный горизонт — это водоносный горизонт, который имеет ограничивающий слой, отделяющий его от поверхности земли.Этот водоносный горизонт заполнен водой под давлением (из-за ограничивающего слоя). Если давление воды достаточно высокое, при бурении скважины в ограничивая водоносный горизонт, вода поднимается над поверхностью земли. Это известно как колодец с проточной водой. Давление воды называется гидравлическим напором. Движение или скорость грунтовых вод измеряется в футах (или метрах) в секунду.

В некоторых районах коренная порода имеет низкие уровни проницаемости и пористости, однако грунтовые воды все еще могут перемещаться в водоносных горизонтах.Подземные воды могут проходить через трещины в породе или через участки, подверженные выветриванию. Известняк, например, выветривается в растворе, создание подземных полостей и каверн-систем. На поверхности земли эти области известны как «карст». Пустоты в породе, образовавшиеся при переходе известняка в раствор, могут вызвать обрушение поверхности земли. Эти обрушения известны как воронки. Воронки часто являются прямым проводом к грунтовым водам и к участкам, где загрязнение может легко проникнуть в водоносные горизонты.В зонах провала грунта также может наблюдаться проседание земли, поскольку происходит массовое истощение в районах с внезапным изменением наклона и контактом с водой. Проседание земли может быть, а может и не быть заметным на некоторых участках, потому что оно выглядит как холмы и долины (из-за очень большого размера). По мере того как грунтовые воды становятся все более источником питьевой воды, проблема воронок и проседания почвы может усугубиться.

Пористость и проницаемость наносов, почвы и коренных пород в этом районе также влияет на скорость пополнения подземных вод.Это означает, что в некоторых районах грунтовые воды могут откачиваться быстрее, чем восполняются сами собой. Это создает ряд проблемы. Одна из этих проблем называется «просадка», то есть опускание водоносного горизонта возле насосной скважины. Это может произойти в районах, где скважина работает быстрее, чем подпитывается водоносный горизонт подземных вод. Просадка создает пустоты в коренной породе и может привести к дополнительному проседанию земли или провалам (так как воды больше нет, а пустота не может выдержать вес материала выше и обрушивается).

Поперечный разрез на http://ga. water.usgs.gov/edu/earthgwdecline.html, озаглавленный «Снижение уровня воды», иллюстрирует проблемы просадки и перекачки. Потому что грунтовые воды это очень обильный источник пресной воды, он должен быть охраняемым ресурсом. Однако во многих районах грунтовые воды не защищены. Если водоносный горизонт загрязнен химическими веществами или нефтью, его трудно, если не невозможно, очистить. Следовательно, предотвращение заражения имеет первостепенное значение. Карстовые участки представляют собой сложную проблему, потому что все, что пролито на поверхности, быстро и легко попадает в водоносный горизонт.Часто поверхностные воды также находятся в прямом контакте с подземными водами, и в зависимости от того, питает ли поток подземные воды (потерянный поток) или грунтовые воды питают поток (набирающий поток), это может создать проблему с загрязнением грунтовых вод.

Существует также проблема вторжения соленой воды (присутствует в прибрежных регионах, таких как Флорида), когда чрезмерное перекачивание грунтовых вод втягивает более плотную соленую воду в водоносный горизонт. Поперечный разрез иллюстрирует проблему проникновения соленой воды на http: // ga.water.usgs.gov/edu/earthgwdecline.html на рисунке «Качество GW». Таким образом, защита грунтовых вод должна быть приоритетом, поскольку население Земли продолжает расти, и питьевая вода становится ценным ресурсом. Защита грунтовых вод также означает защиту поверхностных вод, дождевой воды и всех форм воды, поскольку вода продолжает циркулировать и повторно использоваться. Как только вода загрязнена, она трудно исправить.

Заключение

Вода на Земле — конечный источник.Защита воды означает защиту всех форм грунтовых вод, которые можно найти в водоносных горизонтах. вода найдена на Земле. Вода на поверхности, под землей, в виде пара и в виде осадков. Загрязнение от использования ископаемое топливо может воздействовать на все формы воды (от утечек сырой нефти до кислотных дождей, образующихся при сжигании угля). Кислотный дождь падает на землю и стекает в поверхностные воды, обратно в землю и обратно в воздух. Это может быть бесконечный цикл. По мере того как загрязнение проникает в круговорот воды, в него будет влиять больше воды.Большая часть воды на Земле соленая. Пресная вода есть и будет пользоваться спросом и станет очень ценным ресурсом. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не допустить чрезмерного использования источников питьевой воды. Необходимо также позаботиться о защите вод Земли от загрязнения. Вода действительно является ценным ресурсом.

Грунтовые воды — Фонд безопасной питьевой воды

Свалки могут загрязнять грунтовые воды при выщелачивании вниз вредных химических веществ. Свалки должны иметь защитные нижние слои для предотвращения выщелачивания, но есть некоторые свалки, которые не имеют этого защитного слоя, или он старый и потрескавшийся, и это позволяет химическим веществам просачиваться через них.

По оценкам, в Соединенных Штатах насчитывается более десяти миллионов подземных резервуаров для хранения жидкостей, таких как бензин, нефть и химикаты. В 1950-х и 1960-х годах в Канаде было установлено большое количество подземных стальных резервуаров для хранения. Без надлежащей защиты до половины стальных резервуаров к 15 годам будут подвергаться коррозии и образовывать трещины.

Неправильно спроектированные, расположенные или сконструированные септические системы могут допускать попадание вредных бактерий, вирусов и химикатов в источники воды.Для получения дополнительной информации о септических системах см. Информационный бюллетень «Очистка сточных вод». В Соединенных Штатах известно более 20 000 заброшенных и неконтролируемых свалок с опасными отходами. Опасные отходы могут загрязнять воду химическими веществами, на наличие которых многие города и муниципалитеты не проводят регулярную проверку воды. Случайные разливы также могут загрязнить запасы грунтовых вод. Группа химикатов, называемых плотными жидкостями в неводной фазе (DNAPL), используется в химической чистке, консервации древесины, асфальтовых операциях, производстве и ремонте транспортных средств, а также может выделяться при авариях. Разливы DNAPL труднее очистить, чем разливы нефти, потому что DNAPL тяжелее воды и быстро опускается на дно. За исключением крупных городов, вода не проверяется на наличие DNAPL.

Но я думал, что почва может удалить загрязнители из воды, прежде чем она достигнет водоносного горизонта?

Во многих случаях почва может удалять бактерии, вирусы и химические вещества из воды, которая просачивается вниз. В конце концов, это один из способов, которым природа очищает воду. Но не все почвы удаляют загрязняющие вещества так же эффективно, как другие, а бытовые и промышленные отходы также могут превышать способность почвы удалять химические вещества и загрязняющие вещества.Некоторые почвы позволяют воде быстро просачиваться в водоносный горизонт. Обычно это означает, что будет удалено меньше загрязняющих веществ. Кроме того, когда загрязняющие вещества происходят из подземного источника, такого как резервуар для хранения или септическая система, они могут находиться очень близко к грунтовым водам, и почва не успевает удалить все вредные вещества. Качество грунтовых вод зависит от температуры, давления (которое зависит от глубины грунтовых вод), типа породы и почвы, а также времени пребывания воды.

Подземные воды движутся очень медленно, обычно от нескольких миллиметров до нескольких метров каждый день. Это означает, что загрязнение имеет тенденцию к концентрации и локализации вблизи источника загрязнения. Однако загрязнение может распространяться внутри водоносного горизонта или на близлежащие озера и ручьи. Часто загрязнение грунтовых вод не замечается до тех пор, пока вода уже не загрязнена и не требуется дорогостоящий процесс восстановления. Избавиться от загрязнения грунтовых вод чрезвычайно дорого и трудно, и могут пройти десятилетия, прежде чем вода снова станет пригодной для использования.В Вилле Мерсье, Квебек, сброс промышленных отходов в лагуны старого гравийного карьера происходил в течение многих лет. Это в конечном итоге сделало грунтовые воды непригодными для использования, и воду пришлось откачивать за десять километров, чтобы снабжать водой тысячи людей. Информацию об очистке после загрязнения источников воды, включая грунтовые воды, см. В информационном бюллетене «Очистка после загрязнения».

Для получения дополнительной информации о водоносных горизонтах, в том числе о том, как они могут быть загрязнены, см. «Что такое водоносный горизонт в любом случае?» план урока в программе Operation Water Flow.

У Фонда безопасной питьевой воды есть образовательные программы, которые могут дополнить информацию, содержащуюся в этом информационном бюллетене. Операция «Капля воды» рассматривает химические загрязнители, содержащиеся в воде; он предназначен для научного класса. Операция Water Flow учитывает, как используется вода, откуда она берется и сколько это стоит; в нем есть уроки, предназначенные для классов обществознания, математики, биологии, химии и естественных наук. Операция «Дух воды» представляет взгляд коренных народов на воду и окружающие ее проблемы; он предназначен для занятий по естествознанию или обществоведению.Операция Water Health рассматривает общие проблемы со здоровьем, связанные с питьевой водой в Канаде и во всем мире, и предназначена для сотрудничества в области здравоохранения, науки и социальных исследований. Операция «Загрязнение воды» фокусируется на том, как происходит загрязнение воды и как она очищается, и была разработана для сотрудничества в области науки и социальных исследований. Чтобы получить дополнительную информацию об этих и других образовательных мероприятиях, а также дополнительные информационные бюллетени, посетите веб-сайт Фонда безопасной питьевой воды www.safewater.org.

Знаете ли вы, что в любой момент времени в Канаде действует более 1000 консультативных центров по питьевой воде? Пожалуйста, помогите нам продолжать работать над тем, чтобы безопасная питьевая вода стала реальностью для всех канадцев! Пожалуйста, внесите 5 долларов или пожертвуйте 20 долларов или более и получите Официальную квитанцию ​​о пожертвовании для целей налогообложения доходов.

Подземные воды | Национальное географическое общество

Вода, которая спустилась с поверхности почвы и собралась в промежутках между отложениями и трещинами внутри породы, называется подземной водой. Подземные воды заполняют все пустые пространства под землей в так называемой насыщенной зоне, пока не достигают непроницаемого слоя породы. Подземные воды содержатся и проходят через массивы горных пород и отложений, называемые водоносными горизонтами. Время, в течение которого грунтовые воды остаются в водоносных горизонтах, называется временем их пребывания, и оно может широко варьироваться от нескольких дней или недель до 10 тысяч лет и более.

Верхняя часть насыщенной зоны называется уровнем грунтовых вод, а расположенная над уровнем грунтовых вод — ненасыщенная зона, где промежутки между камнями и отложениями заполнены как водой, так и воздухом.Вода в этой зоне называется почвенной влагой и отличается от грунтовых вод.

Существующие подземные воды могут выводиться через родники, озера, реки, ручьи или искусственные колодцы. Он пополняется за счет осадков, таяния снега или просачивания воды из других источников, включая орошение и утечки из систем водоснабжения.

Для искусственного сброса грунтовых вод необходимо пробурить скважину в водоносном горизонте, а для скважины обычно требуется насос, чтобы перекачивать воду вверх из водоносного горизонта. Артезианские скважины пробуриваются в водоносные горизонты, которые ограничены непроницаемым слоем породы как сверху, так и снизу, и давление воды из источника подпитки, расположенного выше точки выхода скважины, приведет к выталкиванию грунтовых вод вверх через артезианскую скважину с использованием насоса ненужный.

Одна из важных причин, по которой грунтовые воды добываются из колодцев, — это питьевая вода. Фактически, подземные воды обеспечивают питьевой водой более 50 процентов населения США, в том числе почти 100 процентов сельского населения США.С. население. Он также используется в бытовых, промышленных и коммерческих целях, хотя большая часть подземных вод фактически используется для орошения сельскохозяйственных угодий.

Мы должны позаботиться о том, чтобы не откачивать сразу слишком много грунтовых вод. Это может привести к пересыханию колодцев, если количество воды, поступающей в результате подпитки, не будет соответствовать нашим темпам удаления грунтовых вод. Это уже произошло в Ист-Портервилле, Калифорния, где продолжительная засуха вынудила людей пробурить более глубокие скважины, что привело к снижению уровня грунтовых вод и дальнейшему высыханию скважин.Еще одна угроза подземным водам — ​​это загрязнение удобрениями, пестицидами и отходами из септических резервуаров, которые могут просачиваться в водоносные горизонты с поверхности почвы.

Подземные воды находятся повсюду под поверхностью почвы и могут постоянно присутствовать во многих местах, если им позволено пополняться. Даже в засушливых условиях он поддерживает течение рек и ручьев, восполняя их, обеспечивая ценную замену осадкам.

Воздействие гидроразрыва на окружающую среду: вода — Гринпис, США

Для проведения гидроразрыва огромное количество воды смешивается с различными токсичными химическими соединениями для образования жидкости гидроразрыва.Эта жидкость гидроразрыва дополнительно загрязнена тяжелыми металлами и радиоактивными элементами, которые естественным образом присутствуют в сланцах. Значительная часть жидкости гидроразрыва возвращается на поверхность, где она может разлиться или быть сброшена в реки и ручьи. Подземные источники воды также могут быть загрязнены гидроразрывом из-за миграции газа и жидкости гидроразрыва под землей.

Использование воды

Для гидравлического разрыва сланца и добычи углеводородов необходимо закачать большое количество воды и химикатов под землю.Таким образом, гидроразрыв может представлять угрозу для местных водных ресурсов, особенно в районах, где воды и так не хватает, таких как сланцы Барнетт в Техасе. В районе сланцевого месторождения Марселлус, самого обширного месторождения сланцев в Соединенных Штатах, требуется от 2 до 10 миллионов галлонов воды при каждом разрыве скважины. Поскольку в скважинах можно проводить гидроразрывы несколько раз, общее количество воды, используемой для гидроразрыва, неизвестно и может варьироваться в зависимости от местоположения и технологии. В западных штатах, таких как Техас и Колорадо, на перелом требуется более 3,6 миллиона галлонов. В 2010 году Агентство по охране окружающей среды США оценило, что от 70 до 140 миллиардов галлонов воды было использовано для гидроразрыва только 35000 скважин в Соединенных Штатах, что больше, чем было использовано городом Денвер, штат Колорадо, за тот же период. По состоянию на 2012 год в отрасли гидроразрыва пробурили около 1,2 миллиона скважин, и планируется добавлять не менее 35 000 новых скважин ежегодно. (Джефф Гуделл, «Большой пузырь гидроразрыва пласта: афера за газовой стрелой», Rolling Stone, 12 марта 2012 г.)

Из-за дороговизны доставки воды из более отдаленных мест компании предпочитают использовать воду из источников как можно ближе к колодцу, что может привести к значительным воздействиям на местные водные пути и перегрузить местные очистные сооружения.В Техасе, который страдает от опасных засушливых условий, гидроразрыв продолжается, несмотря на ограничение использования воды гражданами, увядание ландшафта и гибель животных. В 2011 году Wall Street Journal сообщил, что отвод воды для гидроразрыва нефтяных и газовых скважин также представляет серьезную угрозу для владельцев ранчо и других предприятий в Техасе. (Рассел Голд и Ана Кэмпой, «Жажда нефти растёт в поисках воды», Wall Street Journal, 06.12.2011)

Воздействие при хранении

Из-за огромного количества воды, необходимого для гидроразрыва пласта, необходимо набирать, транспортировать и хранить свежую воду для каждой кустовой площадки.Чтобы справиться с огромным количеством воды, необходимой для процесса гидроразрыва, бурильщики строят большие открытые ямы, называемые водохранилищами, рядом с кустовыми площадками, чтобы хранить воду до того, как она будет использована, и после того, как она вернется на поверхность.

Есть два типа водохранилищ: те, которые содержат отходы бурения, используемые при бурении ствола скважины, и водохранилища для жидкости гидроразрыва. Ямы для жидкости ГРП больше по размеру и содержат токсичную жидкость для гидроразрыва. Эти открытые карьеры были связаны с гибелью животных и воздействием на здоровье людей.
В Техасе, где есть несколько законов, касающихся сброса сточных вод, не требуется выстилать ямы для предотвращения просачивания.

Гидравлические жидкости для гидроразрыва: токсичное пиво

Во время гидравлического разрыва скважины вода смешивается с различными химическими веществами для получения токсичного напитка, называемого флюидом гидроразрыва. До недавнего времени ни федеральное правительство, ни правительства штатов не требовали от буровых компаний раскрытия информации об ингредиентах, используемых в жидкостях для гидроразрыва пласта. Некоторые штаты начали требовать, чтобы компании раскрывали химические вещества, которые они используют, но даже в таких случаях компании могут не раскрывать названия некоторых химических веществ в соответствии с исключениями для коммерческой тайны.В результате не существует полного списка химикатов, используемых в процессе гидроразрыва пласта. Некоторые штаты начали требовать от компаний раскрытия информации о химических веществах, которые они используют, но даже в таких случаях претензии в отношении конфиденциальной деловой информации приводят лишь к частичному раскрытию информации. Корпорации, занимающиеся гидроразрывом, такие как ExxonMobil, вставили лазейки в законодательство о бурении, которые позволяют им хранить в секрете различные химические вещества, используемые в процессе гидроразрыва.

Некоторые компании раскрыли содержание своей жидкости ГРП в ответ на озабоченность сообщества и давление Конгресса.В апреле 2011 года отраслевая группа, известная как Межгосударственная комиссия по нефти и газу, запустила www.fracfocus.org, базу данных для раскрытия информации по скважинам, пробуренным после 2010 года. Кроме того, расследование Конгресса показало, что в период с 2005 по 2009 год нефть и газ обслуживающие компании использовали 29 различных химических веществ в своей жидкости для гидроразрыва пласта, которые, как известно, вызывают рак или другие риски для здоровья. (Комитет Палаты представителей по энергетике и торговле, «Химические вещества, используемые при гидроразрыве пласта», апрель 2011 г.)

Газовые компании обычно заявляют, что жидкость для гидроразрыва безвредна, потому что концентрация химических добавок низкая, около двух процентов. Но всего 2% из миллиардов галлонов жидкости ГРП, созданной бурильщиками, рассчитаны на использование сотен тонн токсичных химикатов. Согласно отчету Конгрессу за 2011 год, с 2005 по 2009 год 14 ведущих компаний по гидроразрыву использовали (до смешивания с водой) 780 миллионов галлонов 750 различных химикатов. (Комитет по энергетике и торговле Палаты представителей, Отчет сотрудников меньшинств, «Химические вещества, используемые при гидроразрыве пласта», апрель 2011 г.)

Сточные воды от бурения настолько ядовиты, когда газовая компания, законно залившая участок леса Западной Вирджинии солеными сточными водами в результате бурения, уничтожила наземную растительность за несколько дней и более половины деревьев за два года.Сточные воды после гидроразрыва также были связаны с гибелью домашнего скота и домашних животных по всей стране.

Кроме того, было документально подтверждено, что многие химические вещества, используемые при гидроразрыве пласта, оказывают вредное воздействие на здоровье при малых уровнях воздействия.

Некоторые химические вещества, входящие в состав жидкости гидроразрыва, являются высокотоксичными и вызывают рак, например бензол, толуол, 2-бутоксиэтанол (основной ингредиент антифризов и диспергаторов нефти) и тяжелые металлы. Идентифицирован обмен эндокринных разрушителей (TEDX) 353 химические вещества, используемые при гидроразрыве пласта, многие из которых могут вызвать рак и другие серьезные проблемы со здоровьем, даже в малых дозах.

После того, как смесь флюидов гидроразрыва закачивается в землю, она также может улавливать или увлекать другие загрязнители, такие как радий, вызывающие рак радиоактивные частицы, обнаруженные глубоко в Marcellus и других сланцах. Радий имеет период полураспада более 1000 лет и производится из урана, который имеет гораздо более длительный период полураспада. Поскольку радий растворим в воде, вся жидкость гидроразрыва, используемая в Marcellus Shale, становится до некоторой степени радиоактивной.

Загрязнение колодцев и миграция газа

Одной из самых серьезных угроз, создаваемых гидроразрывом, является загрязнение колодцев с питьевой водой, жизненно важных источников воды для многих сельских общин. Хотя промышленность пыталась скрыть доказательства загрязнения колодезной воды гидроразрывом, обнаружилось несколько случаев.

  • В Пенсильвании, Колорадо, Огайо и Вайоминге гидроразрыв был связан с загрязнением питьевой воды и повреждением имущества. (См. Серию отчетов Propublica по гидроразрыву)
  • Исследование, проведенное Duke на 60 объектах в Нью-Йорке и Пенсильвании, обнаружило «систематические доказательства загрязнения метаном» питьевой воды в домашних условиях. Водные скважины в полумиле от буровых работ были загрязнены метаном в 17 раз чаще, чем скважины, расположенные дальше от газовых разработок.Хотя наличие метана в воде как опасность для здоровья не изучалось, он может проникать в дома и накапливаться до взрывоопасного уровня.
  • В декабре 2011 года Агентство по охране окружающей среды США опубликовало 121-страничный проект отчета, в котором говорится о связи загрязнения колодцев с питьевой водой возле города Павильон, штат Вайоминг, с близлежащими газовыми скважинами.
  • Расследование, проведенное ProPublica, показало, что спустя годы после того, как их колодцы были заражены в результате соседних операций по гидроразрыву, EPA начало снабжать водой жителей Димока, штат Пенсильвания.
  • В Нью-Йорке уже были поданы иски против Anschutz Exploration Corporation и ее субподрядчиков от имени девяти семей за загрязнение их питьевой воды в результате разведки и бурения природного газа.
  • Сцена из документального фильма «Газлэнд», в котором домовладелец смог зажечь воду, текущую из его кухонного крана, заставила многих людей осознать опасность гидроразрыва пласта. Scientific American также опубликовал расследование ProPublica, которое обнаружило «серию задокументированных случаев утечки газа в питьевую воду — в Пенсильвании и других штатах».”
  • В отчете 1987 года сделан вывод о том, что жидкости или гель для гидроразрыва пласта, используемые Kaiser Exploration and Mining Company, загрязнили скважину примерно в 600 футах от собственности Джеймса Парсонса в округе Джексон, Западная Вирджиния.

Несмотря на имеющиеся доказательства, нефтегазовая промышленность регулярно заявляет, что гидроразрыв никогда не приводил к загрязнению воды.

Как гидроразрыв загрязняет

Подземные воды становятся загрязненными в результате гидравлического разрыва пласта различными способами, включая утечку из зон хранения жидкости, утечку из нагнетательных скважин, утечку во время гидроразрыва вдоль разломов или заброшенных скважин, просачивание в землю, когда сточные воды и остатки попадают на землю (т.е. используется для орошения или на дорогах для пылеподавления или защиты от обледенения) и других средств. (Агентство по охране окружающей среды США, Научный консультативный совет, Группа экспертов по гидроразрыву, отчет Лизе П. Джексон, 4 августа 2011 г.).

Цементная обсадная колонна, которая огибает ствол скважины и проходит через подземные водоносные горизонты, предназначена для работы в качестве барьера между подземными водами и стволом, через который протекает жидкость и газ гидроразрыва. Но обсадная колонна может выйти из строя или сломаться во время процесса гидроразрыва, позволяя жидкости гидроразрыва или естественным загрязнителям загрязнять грунтовые воды.Когда это происходит, жидкость гидроразрыва и метан могут просачиваться из ствола скважины прямо в водопровод, вызывая скопление опасных газов и делая воду непригодной для питья. (Абрам Люстгартен и ProPublica, «Бурение на природный газ и загрязненные воды», Scientific American, 17.11.2008)

Даже если цементные обсадные колонны держатся, газ может подниматься от слоя сланца к поверхности грунтовых вод. Когда газ проходит через трещины в слое породы над сланцами и попадает в источники воды, это называется миграцией газа.(Абрам Люстгартен и ProPublica, «Загорается ли вода от природного газа?» Scientific American, 27 апреля 2009 г.)

Скважины часто теряют давление во время стадии гидроразрыва, что указывает на то, что жидкость гидроразрыва не содержится внутри скважины и просачивается в то место, которое бурильщики не ожидали. Это явление недостаточно изучено, хотя бурильщики указывают, что это происходит довольно часто.

Утилизация фракционной жидкости

Удаление токсичных, а иногда и радиоактивных флюидов гидроразрыва является серьезной логистической проблемой для компаний по гидроразрыву.При гидравлическом разрыве скважины от 18 до 80 процентов жидкости ГРП, закачанной в скважину, вернется на поверхность. Эта вода, называемая «обратным потоком», сильно загрязнена химическими смесями, которые составляют флюид гидроразрыва, а также растворенными солями и тяжелыми металлами из недр земли. По оценкам отрасли, бурильщики в Пенсильвании производили приблизительно 19 миллионов галлонов этих сточных вод в день в 2011 году. Комиссия по бассейну реки Саскуэханна оценивает 20 миллионов галлонов в день (MGD) за тот же период.(«Стратегия выдачи разрешений на сброс сточных вод с высоким содержанием растворенных твердых веществ», 4/11/2009)
В настоящее время не существует всеобъемлющего набора национальных стандартов для удаления сточных вод гидроразрыва.
(см. «Лазейка Halliburton»).

Присутствие определенных загрязнителей, обычно обнаруживаемых в сточных водах гидроразрыва, включая бромид (который может создавать токсичные побочные продукты) и радионуклиды, а также общее количество растворенных твердых веществ (TDS), таких как соли (для которых обычная очистка сточных вод в значительной степени неэффективна), серьезное беспокойство не только из-за потенциального воздействия на реки, ручьи и грунтовые воды, но и из-за водоочистных сооружений ниже по течению, где традиционные технологии очистки не оборудованы для борьбы с такими загрязнителями.По данным Агентства по охране окружающей среды США, «только ограниченное количество государственных очистных сооружений (POTW) имеет вспомогательные технологии очистки, необходимые для удаления компонентов из возвратных вод гидроразрыва пласта». (Агентство по охране окружающей среды США, Научный консультативный совет, Группа экспертов по гидроразрыву, отчет Лизе П. Джексон, 4 августа 2011 г. ).

Из-за слабого регулирования компании по гидроразрыву обычно утилизируют загрязненную воду для гидроразрыва самым дешевым и простым способом, который они могут найти, независимо от последствий для сообществ, водоочистных сооружений и окружающей среды.Это привело к злоупотреблениям водными путями и сообществами, расположенными рядом с площадками гидроразрыва.

The New York Times сообщила, что в Пенсильвании сточные воды, загрязненные радием и другими канцерогенами, сбрасывались выше по течению от водозаборной трубы завода по производству питьевой воды. (Ян Урбина, «Слабое регулирование, поскольку загрязненная вода из газовых скважин попадает в реки», New York Times, 26.02.2011)

ГРП в Вайоминге. Фото EcoFlight, любезно предоставлено SkyTruth

Часто сточные воды хранятся в больших испарительных ямах, из которых могут выделяться летучие химические вещества.Газовыделение — это испарение летучих химикатов при нормальном атмосферном давлении. В 2008 году ученые зафиксировали высокие уровни летучих органических соединений (ЛОС) при добыче газа в Колорадо, а высокие уровни загрязнения озоном зимой были связаны с нефтегазовыми операциями в Вайоминге и Юте. (Гайатри Вайдьянатан, «Colo. Plan идет после тумана, связанного с нефтегазовыми операциями», E&E Reporter, 3/12/2012; Марк Джаффе, «Как и Вайоминг, Юта обнаруживает высокий уровень загрязнения озоном в зимний период вблизи нефтяных и газовых скважин») Denver Post, 26.02.2012)

Твердые отходы, оставшиеся от испарительных ям и земельных участков, обрабатываются как обычные твердые отходы и не подпадают под действие многих федеральных и государственных нормативных требований, хотя могут содержать токсичные остатки от жидкости гидроразрыва.(Ян Урбина, «Рециркуляция сточных вод гидроразрыва — не панацея», New York Times, 2 февраля 2011 г.) Буровикам разрешено наносить остатки сточных вод гидроразрыва на дороги для борьбы с обледенением и пылеподавления в таких штатах, как Пенсильвания и Нью-Йорк. , и позволил распылить его в воздух над колеями земли, используемой для сельского хозяйства в Техасе.

Исследование воздействия гидроразрыва пласта на подземные воды Агентства по охране окружающей среды

В 2015 году расследование Гринпис обнаружило, что сланцевая промышленность оказала чрезмерное влияние на исследование EPA воздействия гидроразрыва пласта на грунтовые воды.

Подробнее читайте в блоге Inside Climate и Desmog.


Просмотр / поиск в коллекции документов

Что происходит с водой под землей?

Что происходит с водой под землей?

Многие аспекты круговорота воды хорошо известны, но что происходит с водой, когда она перемещается под землю? После сильного ливня многим людям интересно, как земля может впитать столько воды, не затопляя определенную область. Вода, которая не впадает в озера или реки, медленно просачивается через поверхность земли и обычно поглощается растениями или опускается глубже под поверхность планеты, пока не перестанет течь дальше.

Дождь, таяние снега и избыток воды при орошении — это некоторые способы просачивания воды под поверхность земли. Изображение любезно предоставлено NOAA.

Под землей вода не сильно движется, а действует как губка, занимая промежутки между трещинами в камнях и трещинами в почве. Вода, которая перемещается в естественное хранилище (называемое водоносным горизонтом) под поверхностью земли, называется грунтовыми водами. Неограниченные водоносные горизонты — это участки, состоящие из почвы или камней, через которые вода может легко перемещаться.Для получения воды можно пробурить скважины, и это относительно быстрый процесс получения пригодной для использования воды.

Вода может подняться на поверхность от нескольких дней до тысячелетий, когда она окажется под землей. Изображение из USGS.

Закрытые водоносные горизонты имеют слои горных пород над и под ними, что затрудняет прохождение воды через них. Этот процесс может занять столетия, прежде чем вода снова станет пригодной для использования. Более половины жителей U.S использовать подземные воды для питья и других хозяйственных нужд. Хотя подземные воды составляют лишь около 1,7% всей воды на Земле, более 30% пресной воды на нашей планете приходится на подземные воды.

Геологическая служба США контролирует сеть из примерно 200 скважин, чтобы помочь документировать влияние засух и других климатических изменений на уровень грунтовых вод. Изображение из USGS.

Во время сильных дождей, таких как текущее наводнение, происходящее в некоторых частях Мэриленда и Пенсильвании, реки достигают стадии паводка, отображаемой на гидрографах, типе диаграммы, изображенной NOAA.Гидрографы показывают интенсивность наводнения на основе расхода в ручье (обычно измеряется в кубических футах в секунду) и высоты воды, выше или ниже нормального уровня для ручьев или рек.

На этом гидрографе показано сильное наводнение, когда уровень воды на высоте более восьми футов над уровнем наводнения воздействует на части реки Сватара, штат Пенсильвания, по состоянию на 25 июля. Изображение от NOAA.

Если вы думаете, что водный кризис не может ухудшиться, подождите, пока водоносные горизонты не осушатся

За десять лет бассейн реки Колорадо потерял эквивалент двух озер Мидс, самого большого водохранилища в США. С., изображенный здесь в сумерках на фоне Лас-Вегаса.

ФОТО ПИТЕРА ЭССИКА, NATIONAL GEOGRAPHIC

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Чтобы узнать больше о глобальных войнах за воду, смотрите Parched.

Водоносные горизонты обеспечивают нас пресной водой, которая восполняет потери поверхностных вод из истощенных засухой озер, рек и водохранилищ. Мы расходуем эти скрытые, в основном невозобновляемые запасы подземных вод неустойчивыми темпами на западе Соединенных Штатов и в нескольких засушливых регионах мира, что угрожает нашему будущему.

Мы на высоте, когда видим впереди угрозу или вызов. Если наводнение усиливается, враг бросается на нас или выезд с шоссе появляется прямо перед пробкой, мы видим надвигающийся кризис и реагируем.

Мы не столь искусны, когда угрозы или находящиеся под угрозой ресурсы невидимы. Некоторым из нас трудно понять, почему невидимые выбросы углерода изменяют химический состав атмосферы и нагревают планету. Поскольку все, что мы видим, — это поверхность моря, трудно понять, что мы уже выловили большую часть крупной рыбы из океана, уменьшив тем самым основной источник пищи.Ни один из этих кризисов не виден — они по большей части вне поля зрения, вне разума, поэтому сложно взволноваться и отреагировать. Исчезающие подземные воды — еще один скрытый кризис.

В Центральной долине Калифорнии в этом году резко увеличилось количество буровых скважин, чтобы компенсировать потерю поверхностных вод в результате засухи.

ФОТО ПИТЕРА ЭССИКА, NATIONAL GEOGRAPHIC

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Подземные воды поступают из водоносных горизонтов — губчатого гравия и заполненных песком подземных резервуаров — и мы видим эту воду только тогда, когда она течет из источников и колодцев.В Соединенных Штатах мы полагаемся на это скрытое — и сокращающееся — водоснабжение, чтобы удовлетворить половину наших потребностей, и поскольку засуха сокращает поверхностные воды в озерах, реках и водохранилищах, мы еще больше полагаемся на грунтовые воды из водоносных горизонтов. Некоторые неглубокие водоносные горизонты пополняются за счет поверхностных вод, но более глубокие водоносные горизонты содержат древнюю воду, запертую в земле в результате изменений в геологии тысячи или миллионы лет назад. Эти водоносные горизонты обычно не могут пополняться, и, как только эта «ископаемая» вода исчезнет, ​​она исчезнет навсегда, что потенциально меняет, среди прочего, то, как и где мы можем жить и выращивать пищу.

Сильная засуха в Калифорнии, длится уже четыре года, истощила снежные покровы, реки и озера, а использование подземных вод резко увеличилось, чтобы восполнить дефицит. В новом отчете Стэнфордского университета говорится, что почти 60 процентов потребностей штата в воде теперь удовлетворяется за счет подземных вод, по сравнению с 40 процентами в годы, когда выпадает нормальное количество дождя и снега.

Использование грунтовых вод для восполнения сокращающихся запасов поверхностной воды обходится все дороже, и эта скрытая вода, обнаруженная в водоносных горизонтах Центральной долины Калифорнии, является средоточием новой золотой лихорадки. Бурильщики скважин работают сверхурочно, и, как сообщил здесь на прошлой неделе Брайан Кларк Ховард, фермерам и домовладельцам, испытывающим нехватку воды, теперь приходится ждать в очереди более года для своих новых скважин.

В большинстве лет водоносные горизонты пополняются за счет дождя и водотока, просачивающегося в грунтовый грунт. Но во время засухи уровень грунтовых вод — глубина, на которой вода находится ниже поверхности — падает, поскольку вода выкачивается из земли быстрее, чем может восполниться. Как сообщил Ховард, скважины в Центральной долине, которые раньше забивали воду на глубину 500 футов, теперь должны быть пробурены на 1000 футов или более при стоимости одной скважины более 300 000 долларов.По мере того, как водоносные горизонты истощаются, земля также начинает оседать или опускаться.

В отличие от жителей других западных штатов, калифорнийцы мало знают о своих запасах подземных вод, потому что записи о бурении скважин хранятся в секрете от общественности, а в масштабе штата нет политики ограничения использования подземных вод. Законодатели штата рассматривают меру, которая регулирует и ограничивает использование подземных вод, но даже если она будет принята, планы соблюдения не потребуются до 2020 года, а полные ограничения не вступят в силу до 2040 года.Владельцы недвижимости в Калифорнии теперь могут откачивать столько воды, сколько они хотят, из-под земли, которой они владеют.

Центральная долина Калифорнии — не единственное место в США, где запасы грунтовых вод сокращаются. Водоносные горизонты в бассейне реки Колорадо и южной части Великих равнин также сильно истощены. Исследования показывают, что около половины истощения подземных вод по всей стране связано с орошением. Сельское хозяйство является основным потребителем воды в США и во всем мире, а на орошаемое земледелие во всем мире уходит более 60 процентов доступной пресной воды.

Бассейн реки Колорадо, который снабжает водой 40 миллионов человек в семи штатах, теряет воду с огромной скоростью, и большая часть потерь приходится на грунтовые воды. Новое спутниковое исследование Калифорнийского университета в Ирвине и НАСА показывает, что бассейн реки Колорадо потерял 65 кубических километров (15,6 кубических миль) воды с 2004 по 2013 год. Это вдвое больше, чем в озере Мид, самом большом водохранилище в США, которые могут удерживать двухлетний сток реки Колорадо. Как написал здесь Джей Фамиглиетти, ученый и соавтор исследования НАСА, грунтовые воды составили 75 процентов воды, потерянной в бассейне.

Дальше на восток водоносный горизонт Огаллала под Высокими равнинами также сокращается из-за слишком высокого спроса. Когда Пыльная чаша настигла Великие равнины в 1930-х годах, Огаллала была обнаружена совсем недавно, и по большей части ее тогда не использовали, чтобы облегчить засуху. Но крупномасштабное центрально-поворотное орошение изменило производство сельскохозяйственных культур на равнинах после Второй мировой войны, позволив водолюбивым культурам, таким как кукуруза и люцерна, кормить скот.

Водоносный горизонт Огаллала поставляет воду для центрального кругового орошения на фермах в западном Канзасе.

ФОТО ДЖОРДЖА ШТЕЙНМЕЦА, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Но жестокая засуха снова угрожает южным равнинам, и вода неустойчиво забирается из южного водоносного горизонта Огаллала. Северная Огаллала, находящаяся у поверхности в Небраске, пополняется за счет поверхностного стока рек, берущих начало в Скалистых горах. Но южнее, в Техасе и Нью-Мексико, вода лежит на сотни футов ниже поверхности и не восстанавливается.Сандра Постел написала здесь в прошлом месяце, что уровень воды в водоносном горизонте Огаллала в Техасской Панхандле за последнее десятилетие упал на 15 футов, причем более трех четвертей этой потери пришлись на засуху последних пяти лет. Недавнее исследование Университета штата Канзас показало, что если фермеры в Канзасе продолжат орошение с нынешних темпов, 69 процентов водоносного горизонта Огаллала исчезнет через 50 лет.

Это совпадает с общенациональной тенденцией к снижению уровня грунтовых вод. Исследование 40 водоносных горизонтов США, проведенное в 2013 г.Геологическая служба сообщает, что скорость истощения подземных вод резко возросла с 2000 года, когда из земли выкачивается почти 25 кубических километров (шесть кубических миль) воды в год. Для сравнения: с 1900 по 2008 год средний водозабор составляет около 9,2 кубических километров (1,48 кубических миль) в год.

Недостаточные запасы грунтовых вод также используются для производства энергии. Недавнее исследование CERES, организации, пропагандирующей устойчивые методы ведения бизнеса, показало, что конкуренция за воду путем гидроразрыва пласта — водоемкого процесса бурения на нефть и газ, известного как «гидроразрыв», — уже происходит в засушливых регионах США.В февральском отчете говорится, что более половины всех скважин для гидроразрыва пласта в США бурятся в регионах, переживающих засуху, и что более одной трети скважин находится в регионах, страдающих истощением грунтовых вод.

Спутники позволили нам более точно понять запасы подземных вод и скорость их истощения. Пока эти спутники под названием GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) не были запущены НАСА, мы не могли увидеть или измерить этот развивающийся невидимый кризис. GRACE дала нам улучшенную картину подземных вод во всем мире, показав, как сокращаются запасы в нескольких регионах, уязвимых к засухе: северная Индия, Северо-Китайская равнина и Ближний Восток среди них.

Поскольку засуха усугубляет истощение подземных вод, запасы воды для людей и сельского хозяйства сокращаются, и этот дефицит может стать причиной социальных волнений. Саудовская Аравия, которая несколько десятилетий назад начала откачивать глубокие подземные водоносные горизонты для выращивания пшеницы в пустыне, с тех пор отказалась от этого плана, чтобы сохранить оставшиеся запасы грунтовых вод, вместо этого полагаясь на импортную пшеницу, чтобы прокормить жителей этой засушливой земли.

Управление запасами подземных вод и их сохранение становится неотложной задачей, поскольку засуха истощает наши поверхностные запасы. Поскольку грунтовые воды являются общим ресурсом и доступны для всех, у кого есть скважина, сотрудничество и сотрудничество с буровым оборудованием будут иметь решающее значение, поскольку мы пытаемся защитить эту сокращающуюся линию защиты от будущего дефицита воды.

Деннис Димик вырос на холмистой ферме в Орегоне под названием Спринг-Хилл, где грунтовые воды из источника обеспечивали водоснабжение его семьи и фермы. Он является исполнительным редактором журнала National Geographic по окружающей среде. Вы можете следить за ним в Twitter, Instagram и flickr.

Дополнительная литература:

— Засуха в Калифорнии вызывает бум бурения подземных вод в Центральной долине
— Истощение подземных вод в бассейне реки Колорадо представляет большой риск для водной безопасности
— Засуха ускоряет истощение подземных вод в Техасе Panhandle
— В заголовках газет появляются штормы, но засуха Подлый, разрушительный способ изменить правила игры
— Как был потерян Запад
— Стэнфордский университет: понимание подземных вод Калифорнии

Изменить курс

Национальное географическое общество поддерживает проект по восстановлению пресноводных экосистем.

Оставить комментарий