Тільки 0,023% маси Землі припадає на воду, а 97,5% з неї — це солона вода. Запаси прісної води невеликі та майже 70% з них знаходяться в льодах Арктики та Антарктики, і які зараз активно тануть, а прісна вода перетворюється у солону.
Найзначніші запаси придатної для використання прісної води укладені під землею. У багатьох регіонах, особливо там, де поверхневої води недостатньо, ґрунтові води є єдиним джерелом задоволення побутових, сільськогосподарських і промислових потреб в питній та технічній воді. Однак люди використовують ці ресурси занадто активно.
На даний момент людство викачує з-під землі в 3,5 раза більше води, ніж встигає утворитися. Ми розповімо, як з-за виснаження запасів ґрунтових вод просідають міста, чим ще загрожує занадто активне використання підземних водоносних шарів та як на цей процес впливає глобальне потепління.
Відкачування ґрунтових вод відбувається дуже швидко. Нещодавно вчені підрахували, що у XX столітті тільки США втратили 800 куб. км ґрунтових вод. Цього обсягу вистачить, щоб покрити штати Монтана, Айдахо, Вайомінг, Невада, Юта, Колорадо, Аризону та Нью-Мексико, а також більшу частину Каліфорнії. За цей час водні горизонти поповнилися приблизно на 220 куб. км ґрунтових вод.
В Індії ситуація ще гірше — на півночі країни підземні води викачуються в 54 рази швидше, ніж їх запаси поновлюються. При цьому в більшості регіонів Землі залежність від ґрунтових вод дуже висока. Наприклад, в тій же Індії, на воду, яку викачують з-під землі, доводиться до 85% всього споживання прісної води. У Європі цей показник трохи нижче і становить 75%.
Рано чи пізно ґрунтові води закінчаться. Коли це станеться, геологи точно сказати не можуть. Передбачається, що запаси ґрунтових вод поповнюються природним чином внаслідок дощів та снігопадів: вода просочується через ґрунт і потрапляє в водні горизонти.
Однак велика кількість дощової води випаровується та потрапляє в атмосферу раніше, ніж виявляється під землею. Великий внесок в уповільнення цього процесу вносить будівництво непроникних для вологи доріг, будівель та бетонних конструкцій.
Наслідки відкачування ґрунтових вод
Активне виснаження водних горизонтів несе шкоду як навколишньому середовищу, так і людям, які використовують ґрунтові води. Коли запаси поповнюються повільніше, ніж вода викачується, рано чи пізно селянам може не вистачити її для поливу полів. Якщо проблема набуває великого масштабу, вона може призвести до серйозних економічних та гуманітарних наслідків. Однак це не єдині наслідки виснаження підземних вод.
Просідання водоносного горизонту
При просіданні водоносного горизонту рівень ґрунтових вод, на якому їх можна виявити та добути, йде глибше в землю.
Наприклад, до зниження, свердловини глибиною в 80 м було досить для безперервного забезпечення водою одного домогосподарства або ферми. Однак після зниження, водний горизонт пішов глибше в землю, і щоб дістатися до нього, необхідно збільшити глибину свердловини — відповідно, понести додаткові витрати. Крім того, в результаті просідання ґрунтових вод їх обсяг може знизитися.
Просідання рівня водного горизонту змушує фермерів поглиблювати свердловини
Зниження рівня води в річках та озерах
Рівень ґрунтових вод безпосередньо пов'язаний з рівнем води в річках та озерах, розташованих в околицях підземного басейну. Значна частина води у наземних водоймах надходить з ґрунтових басейнів.
Викачування ґрунтових вод може змінити те, як вода з підземного горизонту надходить в наземне річище. Результатом стає поступове обміління річок та озер, що призводить до загибелі прибережної рослинності та зміни середовища проживання диких тварин. Нещодавно вчені підрахували, що викачування ґрунтових вод за останні 100 років призвело до падіння потоку води в річках США на 50%.
Погіршення якості води
Не всі ґрунтові води прісні — вода на дуже великій глибині та в водних горизонтах, що залягають під дном океанів, солона. Фактично існує близько 12,9 млн куб. км солоної води та 10,5 млн куб. км прісної.
У природних умовах межа між прісними та солоними водними горизонтами досить стабільна, проте в умовах активного викачування підземних вод просідання горизонту може привести до її руйнування.
Крім того, ґрунтові води схильні до хімічного забруднення — бензин, нафта, дорожні солі та хімікати проникають у водні горизонти через ґрунт разом з дощем і з часом роблять її непридатною для поливу та пиття.
Діяльність людини забруднює підземні водні басейни, що посилює кризу, пов'язану з прісною водою
Бензин, нафта, масло та інші продукти перероблення вуглеводнів часто зберігаються під землею в спеціальних металевих резервуарах. Наприклад, на кожній заправній станції встановлені підземні каністри, в яких зберігаються бензин, дизельне паливо та солярка. Метал піддається корозії, в результаті якої утворюються тріщини та витоки. Якщо нафтопродукт потрапить у ґрунтові води, це може привести до серйозного забруднення.
Інший потенційний забруднювач — звалища побутових відходів. Для скорочення шкоди екології такі об'єкти повинні мати нижній захисний шар з бетону. Однак якщо такий шар відсутній або тріснув, кислота з автомобільних акумуляторів, фарба, побутові миючі засоби та інші хімікати можуть потрапити в ґрунтові води.
Просідання ґрунту
Зменшення обсягу ґрунтових вод призводить до просідання ґрунту. У деяких районах, де темпи відкачування особливо високі, ґрунт під житловими будинками, адміністративними будівлями та об'єктами інфраструктури просідає на десятки сантиметрів на рік. Це призводить до руйнування доріг, перебоїв у водопостачанні та електрики, руйнування житлових будинків.
У 1950-х роках, комунальні служби та фермери активно добували ґрунтову воду в околицях Токіо. Через десятиліття це привело до того, що ґрунт під містом почав просідати. У 1968 році швидкість цього процесу досягала 24 см в рік. У той же рік обсяги видобутої з-під землі прісної води досягли максимуму — 1,5 млн куб. м в день. У відповідь на сформовану кризу, уряд Токіо прийняв закони, що обмежують видобуток ґрунтових вод. До початку 2000-х, осідання міста сповільнилося до 1 см в рік.
Однак обмеження обсягу викачування ґрунтових вод вимагає наявності альтернативних джерел прісної води. У деяких регіонах вони відсутні — як, наприклад, в долині Сан-Хоакін в Каліфорнії. Долина тягнеться на 25,9 тис. кв. км — майже всю цю територію займають сільськогосподарські угіддя. Через активне використання ґрунтових вод місцевими фермерами деякі частини долини опускаються на 60 см в рік.
Масштаби просідання ґрунту в долині Сан-Хоакін
Ґрунт високими темпами — близько 17 см в рік — просідає і в столиці Індонезії Джакарті. Ситуація ускладнюється тим, що місто знаходиться майже на рівні моря, а подальше просідання поряд з підвищенням рівня океану через танення льодовиків, загрожує поступовим затопленням доріг, електростанцій та житлових будинків. В результаті цього процесу без даху над головою можуть залишитися понад 10 млн осіб — тобто все населення Джакарти.
В Іспанії наслідки відкачування ґрунтових вод вже привели до людських жертв. У травні 2011 року, в околицях популярного серед туристів міста Лорка на південному заході країни, стався землетрус магнітудою 5,1 бала. В результаті десять людей загинули, сотні отримали поранення.
Околиці Лорки — самий сейсмоактивний район країни, а через будівництво великої кількості артезіанських свердловин та активного відкачування ґрунтових вод, ґрунт там просідає найвищими темпами на території Європи — до 10 см в рік.
В результаті відкачування води для зрошення полів, рівень ґрунтових вод в регіоні знизився на 250 м. Учені вважають, що це стало причиною землетрусу, оскільки він відбувся на незвично малій глибині — близько 3 км. Зниження рівня водоносного горизонту посилило тиск на два пласти порід, які рухалися паралельно один одному в протилежних напрямках і без того перебували в напрузі. Комп'ютерне моделювання підтвердило цю гіпотезу.
У цій статті ми привели лише кілька фактів варварського ставлення до нашої природи. Але подібне відбувається по всій нашій планеті. А це призводить до вкрай несприятливих екологічних наслідків і порушує сформовані екологічні зв'язку в системі «людина-біосфера».