Горячие источники, которые могут служить источником глубоких грунтовых вод, являются одним из мест на поверхности, где есть свидетельства того, что дождевая вода циркулирует на глубине двух километров и глубже.
Новое исследование удваивает объем соленой воды на глубине от двух до 10 километров под поверхностью, которая может хранить отработанные жидкости, связывать углерод и направлять наши поиски внеземной жизни.
Новое исследование более чем вдвое увеличивает предполагаемый объем древних соленых подземных вод, хранящихся глубоко в земной коре.
Около 24 миллионов кубических километров (5.8 кубических миль) подземных вод находятся в верхних двух километрах (1.2 мили) земной коры. Эти неглубокие грунтовые воды используются для питья и орошения, и в основном это пресная вода. Но ниже находятся огромные резервуары рассола, некоторым из которых от сотен миллионов до более чем миллиарда лет, запертые в скалах. Вопрос был: сколько там?
Согласно новому исследованию, существует около 20 миллионов кубических километров глубоких подземных вод, которых достаточно, чтобы заполнить около 4,800 Больших каньонов. В сочетании с предыдущими оценками более мелководных грунтовых вод новое исследование показывает, что подземные воды являются крупнейшим резервуаром воды на суше, размером 44 миллиона кубических километров и превосходящим объем ледяных щитов Земли.
«Эта оценка расширяет наше концептуальное и практическое понимание количества воды, которое содержит Земля, и добавляет совершенно другое измерение в гидрологический цикл», - сказал Грант Фергюсон, гидрогеолог из Университета Саскачевана, который был ведущим автором нового исследования. в журнале AGU Журнале Geophysical Research Letters, который публикует важные отчеты в коротком формате с немедленными последствиями, охватывающими все науки о Земле и космосе.
Хотя эти глубокие подземные воды нельзя использовать для питья или орошения, точные оценки объема глубоких подземных вод и связности необходимы для безопасного планирования других подземных работ, таких как производство водорода, хранение ядерных отходов и связывание углерода. Возможные места хранения должны быть достаточно большими и изолированными от поверхностных водоносных горизонтов, чтобы избежать загрязнения пригодных для использования неглубоких грунтовых вод.
Сравнивая относительные размеры водоемов планеты, подземные воды - как мелкие, пресные, так и более глубокие, соленые - составляют около 60% воды на суше, в то время как ледяные щиты составляют около 40%. Новое исследование примерно вдвое увеличило размер глубокого резервуара соленых подземных вод. Предоставлено: AGU / Geophysical Research Letters
Поскольку эти глубокие резервуары могут быть отсоединены от неглубоких водоносных горизонтов, в некоторых местах рассол оставался в ловушке на геологические промежутки времени. Эти древние воды могут не только дать представление о прошлых условиях на поверхности Земли, но и поддерживать микробные экосистемы, все еще активные сегодня. Такие глубокие подповерхностные биологические сообщества используются при планировании миссий по исследованию потенциальных обитаемых зон в других частях Солнечной системы.
Глубокая соленая вода
Ученые могут оценить объем глубинных подземных вод, рассчитав, сколько воды могут удерживать различные типы горных пород, которые имеют разную пористость (количество пустого пространства). Предыдущие оценки глубинных подземных вод на расстоянии от двух до 10 километров были сосредоточены только на кристаллических породах с низкой пористостью, таких как гранит. Новое исследование добавило объем погребенных осадочных пород, которые более пористые, чем кристаллические породы, который, по их оценкам, составляет около 8 миллионов кубических километров. Это примерно в 339 раз больше объема озера Байкал.
Поскольку большая часть этих подземных вод находится очень глубоко и часто в породах с очень низкой проницаемостью, вода не может легко циркулировать или течь на поверхность, в значительной степени отрезая ее от гидрологического цикла планеты. Соленая вода может быть примерно на 25% плотнее морской, что очень затрудняет «промывку» системы. Но области с большой высотой около низкой высоты могут иметь перепады давления, которые позволяют мелкой воде течь на большую глубину, например давление воды, создаваемое хранением воды в водонапорной башне. Поверхностные воды, вероятно, циркулировавшие на глубине более 2 км, были только изучены. документированный в нескольких местах Северной Америки, с наибольшей циркуляцией около Скалистых гор в северо-западном Вайоминге и южной Альберте.
Несмотря на то, что эти глубокие подземные воды огромны, они не решат проблему нехватки воды в мире. По мнению авторов исследования, невозможно полагаться на опреснение этого рассола и использование его в качестве источника воды для питья или орошения.
«У нас все еще есть этот драгоценный и конечный объем подземных вод на планете Земля, который нам необходимо защищать», - сказал гидролог Скотт Ясечко из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, который не участвовал в новом исследовании.
Жизнь находит путь
Глубокие грунтовые воды важны для хранения отработанных жидкостей при добыче нефти и газа и для связывания углерода. Путем более точной количественной оценки размеров этих глубоких резервуаров, а также того, насколько они отключены от более мелких подземных вод, ученые могут определить, какие из них наиболее безопасны для долгосрочного подземного хранения.
Новые данные также могут помочь по области применения для внеземной жизни, позволяя ученым изучать среду, подобную той, в которой могут существовать микробные сообщества на других планетах. Микробная жизнь может выживать в различных сложных средах, от чрезвычайно кислых условий до высоких температур, и глубоко в земной коре не является исключением: микробы были обнаружены на глубине 3.6 км (2.2 мили) в континентальной коре.
Для Дженнифер Биддл, микробиолога из Университета Делавэра, которая не принимала участия в исследовании, удвоение оценок глубоких подземных вод означает удвоение потенциального размера загадочной глубокой микробной биосферы.
«Если у вас жидкая вода, велика вероятность, что там есть микробы», - сказал Биддл. Подземные организмы в основном выживают на воде и камнях, а не на воде и солнечном свете. «В этих микробных системах они могут жить за счет [химикатов]. Пока вокруг есть химические вещества, которые они могут соединить таким образом, чтобы произвести энергию, микробы могут использовать это для жизни ».
Эта гибкость означает, что марсианские микробы могут скрываться в глубинных подземных водах красной планеты, если они там.
«Если на март, вполне возможно, что если бы Марс был населен в прошлом, в этих глубоких грунтовых водах потенциально могли быть остатки микробов », - сказал Биддл. «Таким образом, места обитания в глубоких грунтовых водах могут быть отличными аналогами других планетных тел, таких как Марс или Энцелад - спутник Земли. Сатурн- там определенно глубокая вода ».
Ссылка: «Объемы подземных вод земной коры больше, чем предполагалось ранее» Гранта Фергюсона, Дженнифер С. Макинтош, Оливер Уорр, Барбара Шервуд Лоллар, Кристофер Дж. Баллентин, Джеймс С. Фамиглиетти, Джи-Хюн Ким, Джозеф Р. Михальски, Джон Ф. Горчица, Джесси Тарнас и Джеффри Дж. Макдоннелл, 9 августа 2021 г., Журнале Geophysical Research Letters.
DOI: 10.1029 / 2021GL093549
Авторы:
- Грант Фергюсон (автор-корреспондент), Департамент гражданской, геологической и экологической инженерии, Глобальный институт водной безопасности и Школа окружающей среды и устойчивости, Университет Саскачевана, Саскатун, Южная Каролина, Канада; и гидрология и атмосферные науки, Университет Аризоны, Тусон, Аризона, США
- Дженнифер Макинтош, Департамент гражданской, геологической и экологической инженерии, Университет Саскачевана, Саскатун, Южная Каролина, Канада, и Гидрология и атмосферные науки, Университет Аризоны, Тусон, Аризона, США
- Оливер Варр, Департамент наук о Земле, Университет Торонто, Торонто, Онтарио, Канада
- Барбара Шервуд Лоллар, Департамент наук о Земле, Университет Торонто, Торонто, Онтарио, Канада
- Кристофер Дж. Баллентин, Департамент наук о Земле, Оксфордский университет, Оксфорд, Великобритания
- Джеймс С. Фамиглиетти, Глобальный институт водной безопасности, Саскачеванский университет, Саскатун, Южная Каролина, Канада, и Школа окружающей среды и устойчивости, Саскачеванский университет, Саскатун, Южная Каролина, Канада
- Джи-Хюн Ким, гидрология и атмосферные науки, Университет Аризоны, Тусон, Аризона, США
- Джозеф Р. Михальски, Отделение наук о Земле и планетах, Гонконгский университет, Гонконг, Китай
- Джон Ф. Мастард, Департамент земной окружающей среды и планетных наук, Брауновский университет, Провиденс, Род-Айленд, США
- Джесси Тарнас, Лаборатория реактивного движения, Калифорнийский технологический институт, Пасадена, Калифорния, США
- Джеффри Дж. Макдоннелл, Глобальный институт водной безопасности и Школа окружающей среды и устойчивости, Университет Саскачевана, Саскатун, Южная Каролина, Канада, Школа ресурсов и инженерии окружающей среды, Университет Лудун, Яньтай, Китай, и Школа географии, наук о Земле и окружающей среде , Бирмингемский университет, Бирмингем, Великобритания
