تعتبر الينابيع الساخنة ، التي يمكن أن تنتج المياه الجوفية العميقة ، أحد الأماكن الموجودة على السطح حيث يوجد دليل على تدفق مياه الأمطار إلى أعماق تصل إلى كيلومترين وأعمق.
يضاعف بحث جديد حجم المياه المالحة على عمق يتراوح بين 10 و XNUMX كيلومترات تحت السطح ، مما قد يؤدي إلى تخزين سوائل النفايات ، وعزل الكربون ، وتوجيه بحثنا عن حياة خارج كوكب الأرض.
يضاعف البحث الجديد الحجم المقدر للمياه الجوفية المالحة القديمة المخزنة في أعماق قشرة الأرض بأكثر من الضعف.
يوجد حوالي 24 مليون كيلومتر مكعب (5.8 ميل مكعب) من المياه الجوفية داخل أعلى كيلومترين (1.2 ميل) من قشرة الأرض. هذه المياه الجوفية الضحلة هي ما نستخدمه للشرب والري ، وهي في الغالب مياه عذبة. ولكن يوجد أسفل ذلك خزانات ضخمة من المحلول الملحي ، يتراوح عمر بعضها بين مئات الملايين إلى أكثر من مليار سنة ، محبوسًا في الصخور. كان السؤال: كم هناك؟
تقدر دراسة جديدة أن هناك حوالي 20 مليون كيلومتر مكعب من المياه الجوفية العميقة ، أو ما يكفي لملء حوالي 4,800 جراند كانيون. إلى جانب التقديرات السابقة للمياه الجوفية الضحلة ، وجد البحث الجديد أن المياه الجوفية هي أكبر خزان للمياه على الأرض ، حيث تبلغ مساحتها 44 مليون كيلومتر مكعب وتتجاوز حجم الصفائح الجليدية على الأرض.
قال جرانت فيرجسون ، عالم الهيدرولوجيا في جامعة ساسكاتشوان والذي كان المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة في مجلة AGU خطابات البحوث الجيوفيزيائية، التي تنشر تقارير عالية التأثير وقصيرة الشكل لها آثار فورية تشمل جميع علوم الأرض والفضاء.
بينما لا يمكن استخدام هذه المياه الجوفية العميقة للشرب أو الري ، فإن التقديرات الدقيقة لحجم المياه الجوفية العميقة والاتصال ضرورية للتخطيط الآمن للأنشطة الجوفية الأخرى ، مثل إنتاج الهيدروجين وتخزين النفايات النووية وعزل الكربون. يجب أن تكون مواقع التخزين المحتملة كبيرة بما يكفي ومعزولة عن طبقات المياه الجوفية السطحية لتجنب تلويث المياه الجوفية الضحلة الصالحة للاستخدام.
بمقارنة الأحجام النسبية لخزانات المياه على كوكب الأرض ، فإن المياه الجوفية - سواء المياه العذبة الضحلة أو المياه المالحة العميقة - تشكل حوالي 60٪ من المياه على الأرض ، بينما تقترب الصفائح الجليدية من 40٪. ضاعفت الدراسة الجديدة حجم خزان المياه الجوفية المالحة العميقة تقريبًا. الائتمان: رسائل البحوث الجيوفيزيائية / AGU
ولأن هذه الخزانات العميقة يمكن فصلها عن طبقات المياه الجوفية الضحلة ، فقد حُبس الماء المالح في بعض الأماكن لفترات جيولوجية من الزمن. بالإضافة إلى تقديم نظرة ثاقبة للظروف الماضية على سطح الأرض ، قد تدعم هذه المياه القديمة أيضًا النظم البيئية الميكروبية التي لا تزال نشطة حتى اليوم. تقوم هذه المجتمعات البيولوجية العميقة تحت السطحية بإعلام تخطيط المهمة لاستكشاف المناطق الصالحة للسكن في أماكن أخرى من النظام الشمسي.
مياه عميقة ومالحة
يمكن للعلماء تقدير حجم المياه الجوفية العميقة عن طريق حساب كمية المياه التي يمكن أن تحتويها أنواع الصخور المختلفة ، والتي لها مسامية مختلفة (مقدار المساحة الفارغة). ركزت التقديرات السابقة للمياه الجوفية العميقة بين كيلومترين و 10 كيلومترات فقط على الصخور البلورية ذات المسامية المنخفضة ، مثل الجرانيت. أضافت الدراسة الجديدة الحجم من الصخور الرسوبية المدفونة ، والتي هي أكثر مسامية من الصخور البلورية ، والتي قدروا بحوالي 8 ملايين كيلومتر مكعب. هذا ما يقرب من 339 ضعف حجم بحيرة بايكال.
نظرًا لأن معظم هذه المياه الجوفية عميقة جدًا وغالبًا ما تكون داخل صخور ذات نفاذية منخفضة جدًا ، فلا يمكن للمياه أن تدور بسهولة أو تتدفق إلى السطح ، مما يؤدي إلى عزلها إلى حد كبير عن الدورة الهيدرولوجية للكوكب. يمكن أن تكون المياه المالحة أكثر كثافة بنحو 25٪ من مياه البحر ، مما يجعل من الصعب للغاية "طرد" النظام. لكن المناطق ذات الارتفاع العالي بالقرب من الارتفاع المنخفض يمكن أن يكون لها اختلافات في الضغط تسمح بتدفق المياه الضحلة إلى أعماق أكبر ، مثل ضغط الماء الناتج عن تخزين المياه في برج مائي. المياه السطحية التي يُحتمل أن تكون عممت على عمق أكثر من كيلومترين كانت فقط موثق في أماكن قليلة في أمريكا الشمالية ، مع أعمق انتشار بالقرب من جبال روكي في شمال غرب وايومنغ وجنوب ألبرتا.
في حين أن هذه المياه الجوفية العميقة شاسعة ، فإنها لن تحل مشكلة نقص المياه في العالم. ليس من المجدي الاعتماد على تحلية هذا المحلول الملحي واستخدامه كمصدر للمياه للشرب أو للري ، بحسب مؤلفي الدراسة.
قال عالم الهيدرولوجيا سكوت جاسشكو من جامعة كاليفورنيا-سانتا باربرا ، الذي لم يشارك في الدراسة الجديدة: "لا يزال لدينا هذا الحجم الثمين والمحدود من المياه الجوفية على كوكب الأرض الذي نحتاج إلى حمايته".
الحياة تجد طريقها
المياه الجوفية العميقة مهمة لتخزين سوائل النفايات من إنتاج النفط والغاز وعزل الكربون. من خلال تحديد حجم هذه الخزانات العميقة بشكل أفضل ، وكذلك مدى انفصالها عن المياه الجوفية الضحلة ، يمكن للعلماء تحديد أيها أكثر أمانًا للاستخدام للتخزين تحت السطحي على المدى الطويل.
النتائج الجديدة يمكن أن تساعد أيضا . للحياة خارج كوكب الأرض من خلال السماح للعلماء بدراسة بيئات مماثلة لتلك التي يمكن أن تتواجد فيها المجتمعات الميكروبية على كواكب أخرى. يمكن للحياة الميكروبية أن تعيش في مجموعة متنوعة من البيئات المعقدة، بدءًا من الظروف الحمضية للغاية إلى درجات الحرارة المرتفعة، وليس في أعماق قشرة الأرض استثناءً: فقد تم اكتشاف الميكروبات على عمق 3.6 كيلومتر (2.2 ميل) في القشرة القارية.
بالنسبة إلى جينيفر بيدل ، عالمة الأحياء الدقيقة بجامعة ديلاوير والتي لم تشارك في الدراسة ، فإن مضاعفة تقديرات المياه الجوفية العميقة تعني مضاعفة الحجم المحتمل للغلاف الحيوي الميكروبي العميق الغامض أيضًا.
قال بيدل: "إذا كان لديك ماء سائل ، فهناك فرصة جيدة لوجود ميكروبات هناك". تعيش الكائنات تحت السطحية أساسًا على الماء والصخور بدلاً من الماء وأشعة الشمس. "في هذه النظم الميكروبية ، يمكنهم العيش على [المواد الكيميائية]. طالما أن هناك مواد كيميائية حولها يمكنها تجميعها بطريقة تنتج الطاقة ، فإن الميكروبات قادرة على استخدامها مدى الحياة ".
تعني هذه المرونة أن ميكروبات المريخ يمكن أن تكون مختبئة في المياه الجوفية العميقة للكوكب الأحمر ، إذا كانت هناك.
"إذا كانت هناك مياه جوفية عميقة المريخ، من الممكن تمامًا أنه إذا كان المريخ مأهولًا في الماضي ، فمن المحتمل أن تحتوي المياه الجوفية العميقة على ميكروبات متبقية ، "على عكس المياه القديمة على الأرض ، كما قال بيدل. "لذا فإن موائل المياه الجوفية العميقة يمكن أن تكون نظائر رائعة للأجسام الكوكبية الأخرى مثل المريخ أو إنسيلادوس - أحد قمر سايتورن"لديها مياه عميقة بالتأكيد."
المرجع: "أحجام المياه الجوفية القشرية أكبر مما كان يعتقد سابقًا" بقلم جرانت فيرجسون ، وجنيفر سي ماكنتوش ، وأوليفر وار ، وباربرا شيروود لولار ، وكريستوفر جيه بالنتين ، وجيمس س. ماسترد وجيسي تارناس وجيفري جيه ماكدونيل ، 9 أغسطس 2021 ، خطابات البحوث الجيوفيزيائية.
دوى: 10.1029 / 2021GL093549
المؤلف:
- جرانت فيرجسون (المؤلف المقابل) ، قسم الهندسة المدنية والجيولوجية والبيئية ، المعهد العالمي للأمن المائي ، وكلية البيئة والاستدامة ، جامعة ساسكاتشوان ، ساسكاتون ، SK ، كندا ؛ وعلوم الهيدرولوجيا والغلاف الجوي ، جامعة أريزونا ، توكسون ، أريزونا ، الولايات المتحدة الأمريكية
- جينيفر ماكنتوش ، قسم الهندسة المدنية والجيولوجية والبيئية ، جامعة ساسكاتشوان ، ساسكاتون ، SK ، كندا وعلوم الهيدرولوجيا والغلاف الجوي ، جامعة أريزونا ، توكسون ، أريزونا ، الولايات المتحدة الأمريكية
- أوليفر وار ، قسم علوم الأرض ، جامعة تورنتو ، تورونتو ، كندا
- باربرا شيروود لولار ، قسم علوم الأرض ، جامعة تورنتو ، تورنتو ، أونتاريو ، كندا
- كريستوفر ج. بالنتين ، قسم علوم الأرض ، جامعة أكسفورد، أكسفورد ، المملكة المتحدة
- James S. Famiglietti ، المعهد العالمي للأمن المائي ، جامعة ساسكاتشوان ، ساسكاتون ، SK ، كندا وكلية البيئة والاستدامة ، جامعة ساسكاتشوان ، ساسكاتون ، SK ، كندا
- جي هيون كيم ، الهيدرولوجيا وعلوم الغلاف الجوي ، جامعة أريزونا ، توكسون ، أريزونا ، الولايات المتحدة الأمريكية
- جوزيف آر. ميشالسكي ، قسم علوم الأرض والكواكب ، جامعة هونغ كونغ ، هونغ كونغ ، الصين
- جون ف. موستارد ، قسم علوم البيئة والكواكب ، جامعة براون ، بروفيدنس ، رود آيلاند ، الولايات المتحدة الأمريكية
- جيسي تارناس ، مختبر الدفع النفاث ، معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، باسادينا ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية
- جيفري جيه ماكدونيل ، المعهد العالمي للأمن المائي وكلية البيئة والاستدامة ، جامعة ساسكاتشوان ، ساسكاتون ، SK ، كندا ، كلية الموارد والهندسة البيئية ، جامعة لودونغ ، يانتاى ، الصين ، وكلية الجغرافيا والأرض وعلوم البيئة و جامعة برمنغهام، برمنغهام ، المملكة المتحدة
