Γλυκό νερό κάτω από τη θάλασσα:Διερεύνηση ενός κρυμμένου πόρου

Τα υπόγεια ύδατα κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας σε πολλές από τις ηπειρωτικές υφαλοκρηπίδες του κόσμου έχουν αλατότητα πολύ χαμηλότερη από αυτή του θαλασσινού νερού. Όλο και περισσότερο, υπάρχει πίεση για αξιοποίηση αυτών των υποθαλάσσιων αποθεμάτων γλυκού νερού. Υπάρχουν δύο πιθανές πηγές γλυκών και υφάλμυρων υπόγειων υδάτων σε υποθαλάσσιους υδροφορείς:(1) παγιδευμένο παλαιογλυκό νερό που τοποθετείται κατά τη διάρκεια των παγετώνων μεγίστων, όταν η στάθμη της θάλασσας ήταν χαμηλότερη και οι υφαλοκρηπίδες ήταν εκτεθειμένες και (2) σύγχρονη απόρριψη γλυκών υπόγειων υδάτων από χερσαίους υδροφορείς (κάτω από τρέχουσες συνθήκες στο επίπεδο της θάλασσας).

Για να παραμείνει το γλυκό νερό σε υποθαλάσσιους υδροφόρους ορίζοντες, μια γεωλογική ακολουθία σχετικά χαμηλής διαπερατότητας (δηλαδή, ένα aquitard ) πρέπει να υπερκαλύπτει τον υπεράκτιο υδροφόρο ορίζοντα για να περιορίζει την ανάμειξη γλυκού-θαλασσινού νερού. Ένα εννοιολογικό μοντέλο υπεράκτιων υπόγειων γλυκών υδάτων (OFG) που δημιουργήθηκε από σύγχρονες πηγές φαίνεται στο Σχήμα 1.

Τα γλυκά και υφάλμυρα υπόγεια νερά που παγιδεύονται κάτω από τη θάλασσα ανέρχονται σε σημαντικούς όγκους. Post et al. (2013) αναφέρουν τιμές 5×10 km υφάλμυρου νερού (συνολικά διαλυμένα στερεά (TDS) <10 g/L) και 3×10 km γλυκού νερού (TDS <1 g/L) που αποθηκεύονται σε υποθαλάσσιους υδροφορείς. Για προοπτική, ο συνδυασμένος όγκος όλων των λιμνών του κόσμου, τόσο νωπών όσο και αλατούχων, είναι περίπου 1,8×10 km. Οι περιορισμένες υπεράκτιες πληροφορίες καθιστούν ιδιαίτερα δύσκολη την εκτίμηση του όγκου των OFG και των εκτάσεων προς τη θάλασσα. Κατά συνέπεια, ο βαθμός στον οποίο η OFG υποστηρίζει ήδη την άντληση παράκτιων υπόγειων υδάτων είναι άγνωστος σε παγκόσμια κλίμακα.

Επανεξέταση αναλυτικών λύσεων για υπεράκτια έκταση γλυκών υπόγειων υδάτων

Παραμελώντας για μια στιγμή το παγιδευμένο παλαιογλυκό νερό, η κατανομή του OFG από τη σύγχρονη ηπειρωτική απόρριψη μπορεί να εκτιμηθεί από υπάρχουσες αναλυτικές λύσεις (π.χ. Bakker, 2006), οι οποίες υιοθετούν τις απλουστευτικές υποθέσεις μιας απότομης διεπαφής γλυκού νερού-θαλασσινού νερού (π.χ., Σχήμα 1) συνθήκες σταθερής κατάστασης.

Η μέθοδος του Bakker (2006) δοκιμάστηκε πρόσφατα από τους Solórzano-Rivas και Werner (2018), οι οποίοι διαπίστωσαν ότι η αναθεώρηση της μεθόδου απαιτούνταν για να ληφθεί υπόψη το γλυκό νερό που πιθανότατα εμφανίζεται σε υπεράκτιες υδρογονάνθρακες που υπερβαίνουν το OFG. Βρήκαν ότι το υπεράκτιο όριο του γλυκού νερού, που λήφθηκε από αριθμητική μοντελοποίηση, ήταν μόνο το ήμισυ περίπου της εκτίμησης από την προηγούμενη αναλυτική λύση. Ένα παράδειγμα αυτού του εφέ φαίνεται στο Σχήμα 2.

Η έρευνα των Solórzano-Rivas και Werner (2018) οδήγησε σε μια αναθεώρηση της λύσης του Bakker (2006) από τους Werner and Robinson (2018), οι οποίοι εισήγαγαν ευελιξία σχετικά με την υπόθεση της αλατότητας του aquitard. Η νέα τους λύση ταιριάζει πολύ με τα αριθμητικά μοντέλα των Solórzano-Rivas και Werner (2018) και προσφέρει μια μεθοδολογία πρώτης τάξης με την οποία το σώμα OFG μπορεί να προσεγγιστεί με βάση τα επίπεδα νερού παράκτιου υδροφόρου ορίζοντα και τις ιδιότητες υπεράκτιου υδροφορέα-υδραγωγείου.

Χρησιμοποιούμε επί του παρόντος υπεράκτια γλυκά υπόγεια ύδατα;

Η διαχείριση των παράκτιων συστημάτων υπόγειων υδάτων απαιτεί μια λογική κατανόηση του αποθηκευμένου όγκου γλυκού νερού, της ανανεώσιμης ικανότητας και των πιέσεων του παρελθόντος, του παρόντος και του μέλλοντος. Εάν το χερσαίο τμήμα ενός παράκτιου υδροφόρου ορίζοντα εφάπτεται με ένα τεράστιο υπεράκτιο απόθεμα γλυκού νερού, αυτό είναι υψίστης σημασίας για τον καθορισμό πολιτικών για τα ύδατα και την καθοδήγηση της διαχείρισης των υπόγειων υδάτων γενικότερα.

Για την αξιολόγηση του παγκόσμιου πλαισίου του OFG σε σχέση με την εξόρυξη υπόγειων υδάτων στην ξηρά, οι Knight et al. (2018) αξιολόγησε τις συνθήκες των υπόγειων υδάτων σε είκοσι επτά περιορισμένους και ημιπεριορισμένους παράκτιους υδροφορείς με εύλογες συνδέσεις με συμπερασμένα ή παρατηρηθέντα υπεράκτια γλυκά νερά. Τα εξερεύνησαν χρησιμοποιώντας πληροφορίες που συγκεντρώθηκαν από τους Post et al. (2013), καθώς και πρόσθετα δεδομένα που έγιναν από τότε διαθέσιμα. Αναπτύχθηκαν απλουστευμένα εννοιολογικά μοντέλα εύλογων συνδέσεων μεταξύ χερσαίων και υπεράκτιων υδροφορέων, λαμβάνοντας υπόψη τις σχετικές συνεισφορές του παλαιογλυκού νερού και της σύγχρονης υπεράκτιας απόρριψης στο OFG. Αυτά απεικονίζονται παρακάτω:

Knight et al. (2018) χρησιμοποίησε την αναλυτική λύση των Werner and Robinson (2018) για καθοδήγηση σχετικά με τη θεωρητική έκταση της έκτασης του OFG που αποδίδεται στη σύγχρονη απόρριψη γλυκού νερού. Οι αλατότητες των υπόγειων υδάτων σε χερσαίους-υπεράκτιους υδροφορείς και τα επίπεδα των χερσαίων υδάτων χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση των συνθηκών στις τοποθεσίες μελέτης περίπτωσης και έγινε μια ερμηνεία της σχετικής συμβολής των σύγχρονων και παλαιο-πηγών στις εκτάσεις OFG. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η στάθμη των χερσαίων υδάτων έχει μειωθεί σημαντικά σε σχέση με τις συνθήκες πριν από την ανάπτυξη σε δεκατέσσερις από τις δεκαπέντε περιοχές για τις οποίες υπήρχαν διαθέσιμα δεδομένα πριν από την ανάπτυξη.

Αυτές οι μειώσεις είναι πιθανό να προκαλέσουν σημαντικές μακροπρόθεσμες απώλειες στο OFG, αν και τα χρονοδιαγράμματα παραμένουν ασαφή. Οι γνωστές κεφαλές υπόγειων υδάτων, όταν εφαρμόστηκαν στην αναλυτική λύση των Werner and Robinson (2018), ήταν ανεπαρκείς για να λάβουν υπόψη την παρατηρούμενη OFG σε όλες τις περιπτώσεις όπου υπάρχουν επαρκή δεδομένα, υποδεικνύοντας ότι οι ετερογένειες των παλαιογλυκών υδάτων ή/και των υδροφορέων συμβάλλουν σημαντικά στην OFG.

Οι σημερινές κεφαλές δείχνουν ότι η ενεργή διείσδυση θαλασσινού νερού θα επηρεάσει τελικά τα χερσαία πηγάδια άντλησης σε δεκατέσσερις από τις είκοσι επτά τοποθεσίες. Υπήρχαν επαρκή στοιχεία που υποδηλώνουν ότι όταν το OFG συνδέεται με χερσαίους υδροφορείς, εξορύσσεται επί του παρόντος είτε παθητικά είτε ενεργά με χερσαία χρήση. Έτσι, όλες οι μελέτες για το παράκτιο σύστημα υπόγειων υδάτων θα πρέπει να υποθέσουν ότι το OFG χρησιμεύει ως εισροή γλυκού νερού σε υπάρχοντα γεωτρήσεις παράκτιων υδροφορέων, αντί να αντιμετωπίζει το OFG ως δυνητικό νέο πόρο γλυκού νερού.

Αναφορές:

• Bakker, M., 2006. Αναλυτικές λύσεις για τη ροή διεπαφής σε συνδυασμένους περιορισμένους και ημι-περιορισμένους, παράκτιους υδροφορείς. Advances in Water Resources 29:417-425.
• Knight, A.C., Werner, A.D., Morgan, L.K., 2018. Η χερσαία επιρροή των υπεράκτιων γλυκών υπόγειων υδάτων. Journal of Hydrology, Under Review.
• Post, V.E.A., Groen, J., Kooi, H., Person, M., Ge, S., Edmunds, W.M., 2013. Τα υπεράκτια αποθέματα γλυκών υπόγειων υδάτων ως παγκόσμιο φαινόμενο. Nature 504:71-78.
• Solórzano-Rivas, S.C., Werner, A.D., 2018. Σχετικά με τις μεθόδους μοντελοποίησης για την εκτίμηση των υπεράκτιων υπόγειων υδάτων. Πρόοδοι στους υδάτινους πόρους, υπό έκδοση.
• Werner, A.D., Robinson, N.I., 2018. Επανεξέταση αναλυτικών λύσεων για σταθερή ροή διεπαφής σε υποθαλάσσιους υδροφορείς:Επιδράσεις αλατότητας Aquitard. Πρόοδοι στους υδάτινους πόρους, υπό έκδοση.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο On the representation of subsea aquitards in models of offshore sweet underground water, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Advances in Water Resources . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Adrian D. Werner, Cristina Solórzano-Rivas και Andrew C. Knight από το Πανεπιστήμιο Flinders.