Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Под Высокими равнинами, регионом в центральной части Соединенных Штатов, находится огромный резервуар пресной воды, и это делает регион одним из основных сельскохозяйственных районов страны. Рельеф, почва и климат Высоких равнин идеально подходят для земледелия и выпаса скота, однако здесь редко выпадают осадки, и именно их отсутствие было в прошлом серьезным препятствием для сельского хозяйства. Первые скважины до водоносного горизонта пробурили еще в начале XX века, однако масштабная откачка воды для орошения началась в 1940-х и 1950-х годах. Поначалу казалось, что запасы воды неисчерпаемы, однако по мере изъятия уровень падал, скважины приходилось углублять, а в некоторых местах воды для орошения уже не хватает. Ясно, что пополнение запасов не поспевает за водозабором.

Геологическая служба США назвала шестьдесят два главных подземных резервуара важными национальными ресурсами, и водоносный слой Высоких равнин — в их числе. Заманчиво считать водоносные слои подземными реками, но на деле все иначе. Часть из них — это формации твердых пород, другие состоят из рыхлого песка и гравия, еще не уплотнившихся в твердую породу. Все они водопроницаемы: в них есть пустые пространства, по которым может течь вода — примерно так, как она проходит через губку: медленно и извилистыми путями. В отсутствие вмешательства человека вода просачивается в землю на высоких уровнях (область питания грунтовых вод), проходит вниз через водоносный слой и выходит наружу родниками или сочится на более низких уровнях. Сила, которая заставляет воду двигаться — гравитация.

Водоносный слой под Высокими равнинами состоит в основном из рыхлого песка и гравия, вымытых миллионы лет назад из Скалистых гор и осевших к востоку от них, где этот материал заполнил прорезанные реками долины и распространился в виде пологих слоев, которые сейчас захоронены глубоко под землей. Исследования Геологической службы США показали, что «возраст» воды в этом водоносном слое, то есть время, которое она провела под землей, составляет свыше 10 000 лет для самых глубоких частей системы. Эта древняя вода возникла в результате таяния ледников Скалистых гор в конце последней ледниковой эпохи плейстоценового ледникового периода, и она, очевидно, очень медленно перемещалась сквозь водоносный слой. Ее возраст показывает, что скорость подпитки очень низка (по крайней мере, для этой части водоносного слоя).

Важнейшая задача ученых, занимающихся подземными водами, — точно измерить скорость подпитки, чтобы знать допустимые темпы водозабора. Это непростая задача, потому что область, питающая какой-нибудь водоносный слой, может оказаться очень большой, охватывать различные виды рельефа и улавливать разное количество осадков. На простейшем уровне приблизительную оценку баланса между поступлением воды в водоносный слой и ее забором оттуда можно получить, отслеживая уровень жидкости в скважинах; однако в настоящее время используются количественные подходы, включающие компьютерные модели всей системы водоносного горизонта, а также стратегии сохранения избыточных поверхностных вод в природных водоносных слоях — им не дают испаряться или стекать. Большинство из нас воспринимает утренний душ как должное, однако во многих местах это возможно только потому, что специалисты выяснили информацию о залегающих водоносных слоях и областях их подпитки и разработали эффективные планы обеспечения стабильности потока воды из наших водопроводных кранов.

Однако эти стратегии, возможно, придется пересмотреть из-за изменений климата. По мере того как Земля нагревается, повышается скорость испарения, что, в свою очередь, увеличивает количество осадков. По сути, весь цикл ускоряется, и через атмосферу проходит больше воды. Это, видимо, увеличит частоту и бурь, и засух, а также труднопредсказуемым образом изменит характер выпадения осадков по всему земному шару.

Глобальное потепление повлияет также и на круговорот воды — может быть, не так заметно, но для человечества это окажется не менее важно. Во многих частях мира основным источником пресной воды, будь то грунтовые воды или поверхностные потоки, являются ледники. Особенно важны ледники в Гималаях и Андах: они обеспечивают водой сотни миллионов людей. Однако размер этих хранилищ пресной воды быстро сокращается, и многие в конечном итоге полностью исчезнут из-за потепления климата.