Под поверхностью почв Австралии лежат древние водоносные горизонты, которые обеспечивают 30% потребляемой в стране воды. Вода, которую они содержат, может быть одной из самых древних на планете — ей около двух миллионов лет.
Эта подземная вода — спасательный круг для жителей страны, от крошечных отдалённых поселений до крупных городов, таких как Перт. Она помогает поддерживать такие важные отрасли, как сельское хозяйство и горнодобывающая промышленность, а также поддерживает хрупкие экосистемы в периоды засухи.
Австралия — самый засушливый населённый континент на Земле. В условиях сокращения осадков на обширных территориях южной Австралии как никогда важно обеспечить устойчивое снабжение подземными водами в долгосрочной перспективе.
Более 50 лет учёные CSIRO ищут способы определить, сколько подземных вод можно безопасно извлечь, не подвергая опасности экосистемы, которые полагаются на них для выживания.
Технологии для изучения подземных вод
CSIRO использует мощные технологии для создания подробной картины того, как выглядят водоносные горизонты — их геологическое строение, сколько воды они содержат и как быстро они пополняются после осадков. Главный научный сотрудник Кейт Холланд возглавляет эти усилия.
«Мы находим подземные воды на разной глубине — от чуть ниже поверхности до сотен или даже тысяч метров под землёй», — говорит Кейт.
«В зависимости от местной геологии, подземные воды могут храниться в песчаном субстрате, как мы видим на некоторых поймах», — говорит она. «Они могут течь, как подземная река, через пещеристые известняковые водоносные горизонты. Или их можно найти между крошечными зёрнами в песчанике, как в Большом Артезианском бассейне».
Чтобы понять системы подземных вод Австралии, учёные должны разработать умные способы заглянуть под поверхность Земли. Используемые ими технологии варьируются от простых до высокотехнологичных.
Например, научный сотрудник Стейси Пристли разместила более 100 датчиков в пещерах, туннелях и шахтах по всей Австралии. Эти датчики, называемые гидрологическими регистраторами, подсчитывают отдельные капли воды.
Учёные используют информацию с регистраторов вместе с геологическими, экологическими и климатическими данными. Это позволяет им определить, сколько осадков необходимо за определённое время и на определённой территории для пополнения подземных водоносных горизонтов.
Другой метод включает создание детальных моделей, которые могут прогнозировать пополнение подземных вод в определённом месте. «Эти модели выполняют действительно сложные уравнения, чтобы определить, как вода и углерод перемещаются в почвах вплоть до того места, где хранится подземная вода», — говорит Кейт.
«Вы вводите количество осадков, вычитаете воду, которая испаряется из верхнего слоя почвы и растений, и тогда вода, которая проходит через почвенный профиль, становится пополнением», — объясняет она. «Мы можем использовать эти модели на сотнях тысяч квадратных километров, переводя их на разные геологии, почвы и растительность».
«Это даёт нам действительно полную картину пополнения на обширных территориях континента», — говорит она.
Технология TRIFIN
Новейшая технология, помогающая учёным создать подробную картину ресурсов подземных вод Австралии, — это TRIFIN (сокращение от TRItium Facility via INgrowth). TRIFIN — это прецизионный инструмент, единственный в своём роде в Южном полушарии. Он способен обнаруживать тритий — радиоактивный изотоп водорода, который естественным образом присутствует в дождевой воде.
Старший научный сотрудник Дирк Малланс сказал, что для пополнения подземных вод могут потребоваться годы, десятилетия или даже столетия. Однако подземные воды, содержащие тритий, пополняются за считанные годы или десятилетия.
«Наша технология может определять уровни трития в подземных водах, чтобы мы могли узнать, как быстро они восстанавливаются», — сказал Дирк. «Это означает, что добычу подземных вод можно адаптировать в соответствии с темпами пополнения, чтобы избежать чрезмерной эксплуатации ресурсов подземных вод», — добавил он.
«Это поможет управлять запасами воды, ирригацией и многим другим», — сказал Дирк. «TRIFIN также может определить, какие водозаборные скважины могут пересохнуть в течение следующих нескольких десятилетий из-за изменения климата», — добавил он.
Более того, технология может выявить, рискуют ли водоносные горизонты загрязнением в случае загрязнения поверхности. Эта ценная информация поможет властям и отраслям промышленности рационально использовать подземные воды. Это принесёт пользу сообществам, обеспечив безопасный доступ к питьевой воде и информируя о том, сколько воды можно использовать во время засухи.
Основное преимущество технологии TRIFIN заключается в том, что она может анализировать подземные воды быстрее, с более высокой степенью автоматизации, используя гораздо меньшие образцы по сравнению с традиционными методами.
Подземные воды необходимы для обеспечения безопасного и устойчивого водоснабжения в долгосрочной перспективе. Учитывая высокую изменчивость поверхностных водных ресурсов в Австралии и сокращение осадков на больших частях континента, ресурсы подземных вод становятся всё более жизненно важными для многих сообществ, отраслей промышленности и окружающей среды.
Давление на этот ресурс растёт из-за более тёплого и в некоторых местах более засушливого климата, а также из-за расширения сельскохозяйственного производства, добычи полезных ископаемых, газа и городского развития.
«От скважин для питьевой воды до глубоких шахт для добычи полезных ископаемых, а также природных источников и экосистем, которые ценны для сообществ — всё это связано с подземными водами», — говорит Кейт. «С научной точки зрения это действительно интересное исследование, потому что вы используете как можно больше доказательств, чтобы построить картину по частям», — добавляет она.
«Химия, геология и сложное моделирование помогают нам заглянуть в будущее на 50–100 лет вперёд», — говорит Кейт. «Исследования, которые мы проводим сегодня, дают нам возможность понять риски, чтобы мы могли предоставить научные рекомендации с чёткими уровнями уверенности людям, которые принимают решения об использовании воды».
Раскрывая тайны воды под поверхностью Земли, наши исследователи помогают обеспечить устойчивое использование этого драгоценного ресурса в долгосрочной перспективе.
Предоставлено CSIRO