» » На шельфе у берегов США обнаружены огромные запасы пресной воды

На шельфе у берегов США обнаружены огромные запасы пресной воды


На шельфе у берегов США обнаружены огромные запасы пресной воды

На шельфе у берегов США обнаружены огромные запасы пресной воды

Рис. 1. Северо-восточное побережье США в районе мыса Кейп-Код (штат Массачусетс). Под мелководным шельфом находится пресноводный водоносный горизонт. Фото с сайта nasaviz.gsfc.nasa.gov


Подземные водоносные горизонты являются важнейшими источниками воды для потребления и ирригации, особенно в тех районах, где отсутствуют поверхностные источники пресных вод. По мере того, как дефицит пресной воды в мире с каждым годом нарастает, ученые все активнее изучают перспективы разведки и использования таких горизонтов, в том числе и расположенных за пределами материковой суши — на континентальном шельфе. Наиболее детально в этом плане изучено северо-восточное побережье США. А недавние электромагнитные исследования, проведенные геофизиками из США, позволяют говорить о том, что в этом районе существует огромный подводный водоносный горизонт.

Первые сообщения о наличии пресных вод в подземных горизонтах на шельфе северо-востока США появились в 1970-х годах, когда в этом районе нефтяные компании проводили разведочное бурение. Породы, насыщенные водами пониженной солености, фиксировались в разведочных скважинах на глубинах около 200–300 м под дном океана, но по отдельным скважинам тогда невозможно было составить представление о морфологии водоносной структуры. Нельзя даже было сказать, единая ли это крупная структура, или скважины вскрывают мелкие разрозненные резервуары.

Дополнительные данные были получены по результатам бурения, проведенного в этом районе в 2010 году в рамках 313 экспедиции Международного проекта бурения в океане (IODP — Integrated Ocean Drilling Program). В ходе экспедиции на шельфе штата Нью-Джерси были пробурены три скважины, расположенные по одной линии, и все они вскрыли слои пород, содержащих пресные воды. Однако для того чтобы однозначно говорить о том, что это единый водоносный горизонт, и для того чтобы оценить масштабы этого горизонта, нужно было проводить геофизические исследования.

Такие работы были проведены в 2015 году. Керри Ки (Kerry Key) и Роб Эванс (Rob Evans) из Вудс-Холского океанографического института в течение 10 дней проводили крупномасштабную электромагнитную съемку подземных вод у берегов штатов Нью-Джерси и Массачусетс с борта судна Marcus G. Langseth, принадлежащего Геологической обсерватории Ламонт-Догерти при Колумбийском университете. Данные, полученные в результате этих работ, легли в основу модели, представленной в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports. Статья написана в соавторстве с Хлоей Густафсон (Chloe Gustafson) из Геологической обсерватории Ламонт-Догерти.

Авторы использовали две модификации метода электромагнитного картирования: метод электромагнитного зондирования с контролируемым источником (CSEM), хорошо зарекомендовавший себя при картировании толщ многолетней мерзлоты под арктическим шельфом (D. Sherman et al., 2017. Surface towed electromagnetic system for mapping of subsea Arctic permafrost), и метод магнитотеллурического зондирования (МТЗ), использующий измерения естественного электромагнитного поля, порождаемого электромагнитными колебаниями в ионосфере и активностью Солнца.

Оба метода основаны на контрастности в проводимости слоев, насыщенных водой различной солености: чем меньше содержание соли, тем меньше проводимость, то есть выше удельное электрическое сопротивление (рис. 2). В связи с этим пресноводные водоносные горизонты выделяются на геофизических разрезах как полосы с низкой проводимостью.


На шельфе у берегов США обнаружены огромные запасы пресной воды

Рис. 2. Зависимость объемного удельного сопротивления от солености. По вертикали — объемное удельное сопротивление (в Ом·м); по горизонтали — соленость (в ПЕС — практических единицах солености) от пресной (fresh) до рассола (brine); SW — средняя соленость морской воды (35 ПЕС, что примерно соответствует 35‰). Жирными черными линиями показаны границы коридора значений при изменении пористости пород водоносного горизонта от 30 до 60%. Рисунок из обсуждаемой статьи в Scientific Reports


Технически измерения производились с помощью системы, состоящей из буксируемого дипольного передатчика, буксируемых электрических приемников, а также приемников, расположенных на морском дне (рис. 3).


На шельфе у берегов США обнаружены огромные запасы пресной воды

Рис. 3. Схема исследования. Судно буксирует диполь передатчика длиной 300 м с выходным током 100 А, а также четыре дипольных электрических приемника в цепи протяженностью 1000 м. Электромагнитные данные пассивного магнитотеллурического и контролируемого источников также регистрируются массивом из 10 широкополосных приемников на морском дне, расположенных на расстоянии от 1 до 10 км друг от друга. Рисунок с сайта emlab.ldeo.columbia.edu


Анализ результатов показал, что разведочные скважины 1970-х годов вскрывали не разрозненные резервуары с пресной водой, а пересекали единый, огромный по масштабам водоносный горизонт, простирающийся от берега на 90 км (почти до границы континентального шельфа) и непрерывно протягивающийся вдоль побережья штатов Нью-Джерси, Род-Айленд, Коннектикут, Нью-Йорк и Массачусетс (рис. 4). Верхняя граница водоносного горизонта начинается примерно на глубине 180 м ниже дна океана, а нижняя — примерно на глубине 360 м. Общая протяженность водоносной структуры вдоль побережья составляет не менее 350 км. Это самая крупная из всех известных на сегодняшний день аналогичных структур: запасы пресной воды в ней оцениваются в 2800 км3.


На шельфе у берегов США обнаружены огромные запасы пресной воды

На шельфе у берегов США обнаружены огромные запасы пресной воды

Рис. 4. Карта района исследования. Область предполагаемого водоносного горизонта заштрихована желтым. Голубым показан континентальный шельф; прямыми белыми пунктирными линиями — траектории движения кораблей и буксируемых ими CSEM-систем; белыми треугольниками — приемные электромагнитные станции на морском дне; желтыми кружочками — береговые и морские скважины, достигшие горизонтов пресных вод; сиреневыми кружочками — скважины только с соленой водой; белым извилистым пунктиром — край ледникового покрова в период последнего ледникового максимума 15 000 лет назад. М0027, М0028, М0029 — скважины, пробуренные в рамках 313-й экспедиции проекта IODP. Рисунок из обсуждаемой статьи в Scientific Reports


Если будущие исследования покажут, что обнаруженный водоносный горизонт простирается дальше на север и юг, по запасам пресной воды он сможет конкурировать с великим водоносным горизонтом Огаллала (Ogallala Aquifer), который снабжает подземными водами восемь штатов Великих равнин, от Южной Дакоты до Техаса.

По мнению авторов, пресная вода могла начать накапливаться в изученном водоносном горизонте в период последнего ледникового максимума (20–15 тыс. лет назад), когда уровень моря был намного ниже, а нынешний континентальный шельф представлял собой сушу. Источниками пресной воды служили дождевые воды, реки и талые воды ледников. Когда по окончании ледникового периода 15 тыс. лет назад уровень моря поднялся и суша, являющаяся сегодня шельфом, оказалась под водой, неглубоко залегающий водоносный горизонт сверху был перекрыт еще и толщей морских осадочных отложений, оказавшись как бы в ловушке под поверхностью дна.

При этом, как считают авторы, подводный водоносный горизонт может до сих пор сохранять связь с каналами континентального стока, а подземные пресные воды, просачивающиеся со стороны материка, могут продолжать его подпитывать. Об этом свидетельствует нарастание солености воды в водоносном горизонте по мере удаления от берега (от 1‰ у берега до 15‰ у внешнего края резервуара; за пределами водоносного горизонта соленость поровых вод приближается к солености морской воды, составляя около 35‰), а также обнаруженные в результате геофизических исследований неоднородности, названные авторами исследования клиноформами, которые могут интерпретироваться как зоны повышенной проницаемости (для жидкости) в породах, то есть, по сути, это каналы, по которым идет подпитка континентальными пресными водами (рис. 5).


На шельфе у берегов США обнаружены огромные запасы пресной воды

Рис. 5. Модель связи подводного водоносного горизонта (желтая линза в центре рисунка) с системой континентального стока (onshore recharge). Цветами обозначена соленость подземных вод от рассола (синий) до пресной воды (желтый). Серыми извилистыми линиями обозначена зона, где развиты клиноформы (clinoforms). Темно-синим внизу показана зона насыщенности пород глубинными высокоминерализованными водами; upwelling brines — поступающие в эту зону по разломам (faults) глубинные рассолы. Рисунок из обсуждаемой статьи в Scientific Reports


По мнению авторов, подводные пресноводные горизонты являются общим элементом глобальной системы подземных вод и могут быть обнаружены на континентальных шельфах в самых разных регионах планеты, в том числе у берегов таких засушливых регионов, как Южная Калифорния, Австралия, Ближний Восток или Сахара. И, несмотря на то, что вода в этих горизонтах, скорее всего, будет обладать небольшой соленостью, затраты на ее опреснение будут значительно ниже, чем на опреснение морской воды (подобные проекты уже давно рассматриваются для регионов, испытывающих дефицит в пресной воде).

Источник: Chloe Gustafson, Kerry Key, Rob L. Evans. Aquifer systems extending far offshore on the U.S. Atlantic margin // Scientific Reports. 2019. DOI: 10.1038/s41598-019-44611-7.

Владислав Стрекопытов


20 сентябрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Удлинение ледниковых циклов в плейстоцене может быть связано с ослаблением циркуляции океанических вод

С начала плейстоцена на Земле постоянно чередовались ледниковые периоды и межледниковия. В первой половине этой эпохи ледниковые циклы длились по 41 тыс. лет, а затем, в ее середине, произошел сбой в

Собственная скважина на воду: плюсы

В последние годы обычные колодцы постепенно исчезают и заменяются отдельными скважинами для водоснабжения дома.

Насос для скважины

Для того чтобы скважинный насос долго служил, нужно учитывать такие главные показатели

Целых 20% незамёрзшей пресной воды в мире содержится в одном озере

Озеро Байкал находится в России на территории республики Бурятия и Иркутской области. Байкал — самое глубокое в мире озеро, его средняя глубина составляет 730 м, а максимальная глубина — около 1620

Почему морская вода соленая

Время от времени мы сталкиваемся с некоторыми вопросами, относящимися к нашей планете, на которые еще не найдено ответов. Например, наличие соли в воде океанов. Как она туда попала? Научное

Самый соленый океан

Каждый из четырех океанов, представленных на нашей планете, обладает своими отличительными особенностями, которые всегда подлежали тщательному изучению. Какой же из них самый соленый океан? Таковым
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
«Заливы Каролины»Почему одни нации богатые, а другие — бедные?Люди могут отращивать хрящи, как саламандрыПочему мы стареем? Новая теория ученыхРоссийский аппарат к Луне стартует не раньше 2026 годаОхотник за сокровищами нашел редчайший доисторический кладЧто происходит с океанами Земли?NASA получило новые снимки Большого красного пятна Юпитера