Древние подземные воды: происхождение, использование и истощение.
Fossil water
Ископаемые воды: что это такое? Узнайте о древних подземных водах, их образовании, определении возраста и роли климата. Анализ изотопов и моделирование.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Древний изолированный водоем
Ancient isolated water body
Ископаемые воды, ископаемые грунтовые воды или палеоводы – это древний водоем, который на протяжении тысячелетий оставался изолированным в определенном пространстве, как правило, в водоносном горизонте. К другим типам ископаемых вод относятся подледниковые озера, такие как озеро Восток в Антарктиде. ЮНЕСКО определяет ископаемые грунтовые воды как "воды, которые просочились обычно тысячелетия назад, часто в климатических условиях, отличных от современных, и с тех пор хранятся под землей". Определение времени проникновения воды обычно включает анализ изотопных характеристик. Установление "ископаемого" статуса – то есть, находилась ли данная вода в данном пространстве с древних времен – требует моделирования потока, пополнения и потерь воды в водоносных горизонтах, что может быть сопряжено со значительной неопределенностью. Некоторые водоносные горизонты достигают сотен метров в глубину и простираются под огромными территориями. Методы исследования в этой области быстро развиваются, и научная база знаний расширяется. Для многих водоносных горизонтов исследования либо отсутствуют, либо существуют разногласия относительно возраста воды и ее поведения внутри водоносного горизонта.
Fossil water, fossil groundwater, or paleowater is an ancient body of water that has been contained in some undisturbed space, typically groundwater in an aquifer, for millennia. Other types of fossil water can include subglacial lakes, such as Antarctica's Lake Vostok. UNESCO defines fossil groundwater as "water that infiltrated usually millennia ago and often under climatic conditions different from the present, and that has been stored underground since that time." Determining the time since water infiltrated usually involves analyzing isotopic signatures. Determining "fossil" status—whether or not that particular water has occupied that particular space since the distant past—involves modeling the flow, recharge, and losses of aquifers, which can involve significant uncertainty. Some aquifers are hundreds of meters deep and underlie vast areas of land. Research techniques in the field are developing quickly and the scientific knowledge base is growing. In the cases of many aquifers, research is lacking or disputed as to the age of the water and the behavior of the water inside the aquifer.
Возобновляемость
Большие, продуктивные водоносные горизонты (в частности, Нубийская система водоносных песчаников и водоносный горизонт Огалалы), содержащие ископаемые воды, имеют значительную социально-экономическую ценность. Ископаемые воды извлекаются из этих водоносных горизонтов для различных нужд человека, в первую очередь для сельского хозяйства, промышленности и потребления. В засушливых регионах некоторые водоносные горизонты, содержащие доступную и пригодную для использования воду, практически не получают существенного пополнения, что фактически делает подземные воды в них невозобновляемым ресурсом. Скорость извлечения воды, превышающая скорость пополнения, приводит к понижению уровня грунтовых вод и может вызвать их истощение. Извлечение невозобновляемых запасов подземных вод называют "разработкой" подземных вод ввиду их ограниченности.
Large, prolific aquifers (notably the Nubian Sandstone Aquifer System and the Ogallala Aquifer) containing fossil water are of significant socio economic value. Fossil water is extracted from these aquifers for many human purposes, notably, agriculture, industry, and consumption. In arid regions, some aquifers containing available and usable water receive little to no significant recharge, effectively making groundwater in those aquifers a non renewable resource. Extraction rates greater than recharge rates result in lowering of the water table and can lead to groundwater depletion. Extraction of non renewable groundwater resources is referred to as groundwater "mining" because of their finite nature.
Геология
Водоносные горизонты обычно состоят из полупроницаемых пород или рыхлого материала, пористое пространство которого заполнено водой. В относительно редких случаях напорных водоносных горизонтов непроницаемый геологический слой (например, глина или кальцерит) охватывает водоносный горизонт, изолируя воду внутри, иногда на протяжении тысячелетий. Чаще всего ископаемые воды обнаруживаются в засушливых или полузасушливых регионах, где климат в недавней геологической истории был значительно более влажным. В некоторых полузасушливых регионах большая часть осадков испаряется до того, как они успевают проникнуть и обеспечить значительное пополнение водоносных горизонтов. По оценкам, большая часть ископаемых грунтовых вод первоначально просочилась в голоцене и плейстоцене (10 000–40 000 лет назад). Некоторые ископаемые грунтовые воды связаны с таянием льда после последнего ледникового максимума. Датирование грунтовых вод основано на измерении концентраций определенных стабильных изотопов, включая (тритий) и ("тяжёлый" кислород), и сравнении полученных значений с известными концентрациями в геологическом прошлом. В некоторых случаях требуется очистка, чтобы сделать эту воду пригодной для использования человеком. Солёные ископаемые водоносные горизонты также могут содержать значительные запасы нефти и природного газа.
Aquifers are typically composed of semi porous rock or unconsolidated material whose pore space has been filled with water. In the relatively rare cases of confined aquifers, an impermeable geologic layer (e. g. clay or calcrete) encloses an aquifer, isolating the water within, sometimes for millennia. More commonly, fossil water is found in arid or semi arid regions where the climate was significantly more humid in recent geologic history. In some semi arid regions, the majority of precipitation evaporates before it can infiltrate and result in any significant aquifer recharge. Most fossil groundwater has been estimated to have originally infiltrated within the Holocene and Pleistocene (10,000–40,000 years ago). Some fossil groundwater is associated with the melting of ice in the time since the last glacial maximum. Dating of groundwater relies on measuring concentrations of certain stable isotopes, including (tritium) and ("heavy" oxygen), and comparing values with known concentrations of the geologic past. In some cases, some form of treatment is required to make these waters suitable for human use. Saline fossil aquifers can also store significant quantities of oil and natural gas.
Водоносный слой Огаллала
Огаллала, или водоносный горизонт Высоких равнин, простирается под 450 000 км² на территории 8 штатов Соединенных Штатов Америки. Это один из крупнейших запасов пресной воды в мире. Водоносный горизонт сложен неконсолидированными аллювиальными отложениями. Возраст подземных вод в этом водоносном горизонте датируется периодом повышенной влажности, последовавшим за последним ледниковым максимумом. На большей части площади водоносного горизонта непроницаемый слой кальцерата препятствует инфильтрации осадков. В других регионах водоносного горизонта зафиксированы относительно небольшие скорости пополнения. Водоносный горизонт обеспечивает водой многочисленное население, проживающее над ним, и широко используется в сельском хозяйстве. Во многих районах уровень грунтовых вод значительно понизился из-за интенсивной откачки. Темпы истощения не стабилизируются, а наоборот, увеличиваются в последние десятилетия.
The Ogallala or High Plains Aquifer sits under 450,000 km2 of 8 states of the United States of America. It is one of the largest freshwater deposits in the world. The aquifer is composed of unconsolidated alluvial deposits. Groundwater in this aquifer has been dated to have been deposited in the humid time following the last glacial maximum. In much of the aquifer's area, an impermeable layer of calcrete prevents precipitation from infiltrating. In other regions of the aquifer, some relatively small rates of recharge have been measured. The aquifer supplies water for the many people who live above it and for widespread agricultural uses. In many areas, the water table has dropped drastically due to heavy extraction. Depletion rates are not stabilizing; in fact, they have been increasing in recent decades.
Нубийская система водоносных бассейнов из песчаника
Нубийская система водоносных песчаников расположена в северо-восточной Африке, под территорией Судана, Ливии, Египта и Чада, занимая площадь около 2 000 000 км². Она в основном состоит из множества гидравлически связанных песчаных водоносных горизонтов. Некоторые части системы считаются напорными, хотя и несколько проницаемыми, из-за наличия водонепроницаемых слоев, таких как морские сланцы. Вода залегла от 4 000 до 20 000 лет назад, в зависимости от конкретного местоположения. Вода Нубийской системы водоносных песчаников имеет огромное значение для населения, проживающего в регионе, и таковым остаётся на протяжении тысячелетий. В настоящее время, в условиях растущего спроса, предотвращение быстрого истощения и международных конфликтов зависит от тщательного трансграничного мониторинга и планирования. Ливия и Египет в настоящее время планируют проекты по извлечению значительных объемов ископаемых вод из водоносного горизонта для использования. Другие ископаемые водоносные горизонты также были обнаружены по всей Северной Африке.
The Nubian Sandstone Aquifer System is located in northeastern Africa, under the nations of Sudan, Libya, Egypt, and Chad, covering about 2,000,000 km2. It is largely composed of many hydraulically interconnected sandstone aquifers. Some parts of the system are considered to be confined, if somewhat leaky, due to impermeable layers such as marine shales. The water was deposited between 4,000 and 20,000 years ago, varying by specific locality. The water in the Nubian Sandstone Aquifer System is of high importance to the people living above it, and has been for millennia. In modern times, as demand increases, avoiding rapid depletion and international conflict will depend on careful cross boundary monitoring and planning. Libya and Egypt are currently planning development projects to withdraw significant amounts of the aquifer's fossil water for use. Other fossil aquifers have been identified throughout Northern Africa as well.
Водоносные горизонты пустыни Калахари
Пустыня Калахари расположена в центральной части южной Африки (Ботсвана, Намибия и Южная Африка). Геология этого района характеризуется значительными карстовыми образованиями. Большая часть осадков в регионе испаряется, не успевая внести существенный вклад в пополнение подземных вод. Получают ли водоносные горизонты региона значительное пополнение – долгое время является предметом споров и научных исследований. В северной части Калахари в глубоком водоносном горизонте песчаника типа "пещера" были обнаружены изотопные признаки, свидетельствующие о том, что он был изолирован от внешней среды с минимальной или отсутствующей утечкой на протяжении длительного времени.
The Kalahari Desert is in central southern Africa (Botswana, Namibia, and South Africa). Geology of the area includes significant karst formations. Most of the precipitation in the region evaporates before it can contribute to significant recharge of the aquifers below. Whether or not the region's aquifers receive any significant recharge has long been the subject of debate and research. In the northern region of the Kalahari, a deep aquifer in Cave sandstone was found to have isotopic signatures that suggested it had been confined with little to no leakage for long periods of time.