Нове дослідження склало карту континентального потоку підземних вод, показавши, що дощ і сніг тануть набагато далі і глибше під землею, ніж було відомо раніше. Більше половини потокової води надходить із глибоких водоносних горизонтів, що підкреслює важливі наслідки для відстеження забруднення та управління підземними водами.
Дослідники з Прінстонського університету та Університету Арізони розробили революційну симуляцію, яка відображає рух підземних вод у масштабі континенту. Кульмінацією трьох років інтенсивних досліджень є дослідження, яке простежує приховану подорож води — від крапель дощу чи талого снігу, що просочуються в землю, до їхньої остаточної появи в прісноводних потоках. Симуляція показує, що вода може подорожувати на велику глибину, знову спливати на поверхню на висоті до 100 миль від точки входу та залишатися під землею протягом періодів від 10 років до вражаючих 100 000 років.
Дослідження, опубліковане 6 січня в журналі Nature Water , демонструє, що дощ і талий сніг проникають набагато далі вглиб Землі, ніж вважалося раніше. Крім того, це показує, що більше половини води, що тече в річках і струмках, походить із глибоких водоносних горизонтів, які раніше вважалися ізольованими від систем поверхневих вод. Ці висновки мають суттєве значення для управління ресурсами підземних вод, відстеження забруднення та прогнозування того, як зміни клімату можуть вплинути на підземні води — важливе джерело питної води для половини населення США.
Широкий обсяг і методологія
Симуляція, що охоплює континентальні Сполучені Штати та частини Канади та Мексики, відстежує потік підземних вод і вимірює величезні відстані та глибини, які вони проходять перед тим, як витікати в потоки на площі понад 3 мільйони квадратних миль (7,85 мільйонів квадратних кілометрів). Дослідники досягли цього за допомогою гідрологічного моделювання з високою роздільною здатністю, яке дозволило їм відстежувати рух води через підземні системи.
Дослідницька група включала Ріда Максвелла, професора інженерії та прикладних наук Прінстонського університету Вільяма та Една Макалеєр та професора Прінстонського екологічного інституту Хай Медоуз; Чень Ян, колишній асоційований науковий співробітник Прінстонського університету (тепер університет Сунь Ятсена в Китаї); і професор Університету Арізони Лаура Кондон.
Вони виявили, що підземні води можуть подорожувати під землею на сотні кілометрів, перш ніж вийти у вигляді потоку. На Середньому Заході ґрунтові води течуть на великі відстані — особливо там, де гори стикаються з рівнинами. Один потік підземних вод уздовж підніжжя Скелястих гір охопив 148 миль (238 кілометрів). Дослідження також виявило величезні мережі підземних вод: майже 90% вододілів США забирають воду від одного сусіда та передають її іншому.
Наслідки для водних ресурсів і забруднення
Висновки мають приголомшливі наслідки. Поки їх не видно, підземні води складають 99% світової незамерзлої прісної води і забезпечують питною водою 145 мільйонів американців. Він також важливий для нашого постачання продовольством, зрошуючи 60% сільського господарства в усьому світі. Але підземні води виснажуються із загрозливою швидкістю — і це вже давно важко змоделювати. Новий ретроспективний аналіз і прогнозне моделювання цього дослідження дають можливість відслідковувати цей життєво важливий ресурс і розуміти далекосяжні наслідки витоків із нафтових і газових свердловин.
«Взаємозв’язок між вододілами важливий не лише для потоку», — сказав Максвелл. «Це також говорить нам, як довго забруднення зберігатиметься в грунтових водах. Широко поширені забруднювачі, такі як нітрати та PFAS, можуть здійснювати ці довгі подорожі до потоку, що ускладнює керування ними та робить їх життя довшим».
Друге важливе нове відкриття полягає в тому, що підземні води з дуже глибоких водоносних горизонтів значною мірою сприяють потоку. Команда Максвелла виявила, що глибокі ґрунтові води з водоносних горизонтів від 10 до 100 метрів під поверхнею спричинили більше половини основного потоку в 56% суббасейнів. Найбільші глибини були в регіонах з найкрутішим градієнтом рельєфу, таких як Скелясті та Аппалачі.