Человечество истощает грунтовые воды во всем мире, но есть способы их пополнить.

Круговое орошение для выращивания сена и люцерны недалеко от Коркорана, Калифорния — водоемкая система, водоснабжение которой основано на откачке грунтовых вод. Джордж Роуз / Getty Images

Если вы стоите на Земле, практически в любой её точке, то под вашими ногами течет вода. Подземные воды обеспечивают около половины населения мира питьевой водой и почти половину всей воды, используемой для орошения сельскохозяйственных культур. Они поддерживает реки, озера и водно-болотные угодья во время засухи.

Подземные воды являются возобновляемым ресурсом, но для восстановления некоторых водоносных горизонтов после их истощения могут потребоваться десятилетия или даже столетия. Современное понимание этой проблемы основано главным образом на том, где и как часто люди фиксируют измерения уровня воды в колодцах.

В недавно опубликованном исследовании наша команда ученых, специалистов по водным ресурсам и политических экспертов собрала первый глобальный набор данных об этих уровнях. Мы проанализировали миллионы измерений уровня подземных вод в 170 000 скважин, расположенных в более чем 40 странах, и составили карту того, как уровни подземных вод менялись с течением времени.

Наше исследование имеет два основных вывода. Во-первых, мы показываем, что быстрое истощение подземных вод широко распространено во всем мире и что темпы сокращения ускорились в последние десятилетия, при этом в некоторых местах уровни падают на 20 дюймов и более в год. Во-вторых, наше исследование также выявило множество случаев, когда преднамеренные действия останавливали истощение подземных вод. Эти результаты показывают, что общество не обязательно обречено на истощение запасов подземных вод и что при своевременном вмешательстве этот важный ресурс может восстановиться.

Портрет жаждущей планеты

Уровень грунтовых вод определяется многими факторами, включая геологию, климат и землепользование. Факт падения   грунтовых вод, вод в определенном месте  все глубже и глубже, часто сигнализирует о том, что люди выкачивают их быстрее, чем природа может восполнить.

Некоторые из 300 миллионов собранных нами измерений были записаны автоматическими измерительными устройствами. Многие другие были созданы людьми со всего мира. И эти измерения рисуют тревожную картину.

Они показывают, что уровень грунтовых вод снизился с 2000 года в гораздо большем количестве мест, чем вырос. Во многих местах, особенно в засушливых зонах, которые интенсивно обрабатываются и орошаются, уровень грунтовых вод падает более чем на 20 дюймов (0,5 метра) в год. Примеры включают Афганистан, Чили, Китай, полуостровную Индию, Иран, Мексику, Марокко, Саудовскую Аравию, Испанию и юго-запад США.

Наш второй и более тревожный вывод заключается в том, что примерно в трети территорий, где мы проводили измерения, темпы снижения уровня грунтовых вод ускоряются. Ускоренное снижение уровня грунтовых вод характерно для засушливого климата, где большие участки земли используются для сельского хозяйства. Это предполагает потенциальную связь между ирригацией, питаемой подземными водами, и усилением истощения подземных вод.

Подземные воды являются важным, но недооцененным ресурсом во всем мире. Всемирный банк, CC BY-ND

Что происходит при чрезмерном использовании грунтовых вод?

Быстрое и ускоряющееся снижение уровня грунтовых вод имеет множество вредных последствий.

Запасы питьевой воды из колодцев и родников могут иссякнуть, когда уровень грунтовых вод снижается. Люди и сообщества, которые полагаются на эти колодцы, могут потерять доступ к тому, что может быть их единственным источником доступной пресной воды для питья.

Например, колодцы, снабжающие дома пресной водой, пересыхают в калифорнийской долине Сан-Хоакин, где истощение грунтовых вод ускорилось с начала 2000-х годов. Эта проблема, вероятно, сохранится и усугубится, если не будут приняты меры по стабилизации запасов подземных вод.

Высыхающие колодцы могут поставить под угрозу урожайность сельскохозяйственных культур. Истощение подземных вод уже давно рассматривается как одна из самых больших угроз глобальному орошаемому земледелию, поскольку колодцы поставляют почти половину воды, используемой для орошения во всем мире.

В районах, где грунтовые воды обычно стекают в реки, падение уровня грунтовых вод может повернуть этот поток вспять и вызвать утечку рек в недра. Это влияет на экологию реки и снижает запасы воды в нижнем течении. В США протекающие ручьи чаще встречаются там, где скорость отбора подземных вод высока, что подчеркивает, как откачка подземных вод может напрямую уменьшить количество воды, которая течет под землей в близлежащие реки.

Снижение уровня грунтовых вод также может привести к оседанию поверхности земли. Проседание земель увеличило риск наводнений в десятках прибрежных городов по всему миру, включая Джакарту, Токио, Стамбул, Мумбаи, Окленд и район Тампа-Бэй во Флориде.

Дальше от побережья проседание земель может нанести ущерб инфраструктуре. Это представляет собой серьезную проблему в районах, где уровень грунтовых вод снизился, включая Тегеран и Мехико. Во многих случаях главным виновником является чрезмерная откачка грунтовых вод.

Наконец, падение грунтовых вод может привести к перемещению морской воды вглубь земли и загрязнению прибрежных систем грунтовых вод – процесс, известный как вторжение морской воды . При проникновении морской воды прибрежные водоносные горизонты могут стать слишком солеными, чтобы их можно было использовать в качестве питьевой воды без энергоемкого опреснения.

Водные ресурсы вдоль побережья подвергаются риску вторжения соленой воды. Повышение уровня моря, засуха и изменения в спросе и доступности воды могут повысить соленость как грунтовых, так и поверхностных источников питьевой воды. Источник изображения: Геологическая служба США ( https://doi.org/10.3133/fs05700 ).

Как пополнить запасы подземных вод

Мы также нашли места, где уровень грунтовых вод восстанавливается. Стратегии, которые общины использовали для пополнения своих источников подземных вод, включали разработку новых альтернативных источников воды, таких как местные реки; принятие политики по снижению спроса на подземные воды; и намеренное пополнение водоносных горизонтов поверхностными водами.

В городе Эльдорадо, штат Арканзас, с 1940 по 2000 год уровень грунтовых вод упал примерно на 200 футов (60 метров) поскольку местные предприятия откачивали воду из водоносного горизонта. В 1999 году новая политика установила структуру платы за откачку, что дало предприятиям стимул искать новый источник водоснабжения. К 2005 году был построен трубопровод для отвода воды из реки Уашита в Эльдорадо. Этот новый источник снизил спрос на подземные воды, а уровень грунтовых вод в этом районе начиная с 2005 года начал подниматься.

В Бангкоке в период с 1980 по 2000 год было пробурено так много частных скважин для бытовых, промышленных или коммерческих целей, что откачка подземных вод удвоилась, а уровень подземных вод упал. Чиновники отреагировали увеличением платы за добычу подземных вод в четыре раза в период с 2000 по 2006 год. Общий объем откачки подземных вод снизился, и уровень начал восстанавливаться по мере того, как пользователи нашли другие источники воды.

В долине недалеко от Тусона, штат Аризона, уровень грунтовых вод, по мере увеличения забора воды для орошения после 1940-х годов, снизился на 100 футов (30 метров) . Чтобы восполнить истощенные грунтовые воды, были построены дырявые пруды. Эти пруды наполнены водой из реки Колорадо, которая по каналам переносится на сотни миль в этот район. По мере того, как эти пруды протекают, они наполняют истощенный водоносный горизонт. Из-за этих негерметичных прудов уровень грунтовых вод в долине местами поднялся примерно на 200 футов (60 метров).

Наш анализ показывает, насколько важно контролировать уровень грунтовых вод во многих местах. Поскольку уровень грунтовых вод во многих местах снижается, сообществам и предприятиям, которые от этого зависят, необходима точная информация о запасах воды, чтобы они могли вовремя принять меры по их защите.