Откачка подземных вод может повысить уровень мышьяка в воде для орошения и питья

Интенсивная откачка подземных вод на протяжении десятилетий вызывала проседание грунта в калифорнийской долине Сан-Хоакин, повреждая инфраструктуру. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что по мере проседания грунта из-за откачки высвобождается невидимая угроза для здоровья людей и производства продовольствия: мышьяк попадает в водоносные горизонты, которые снабжают питьевой водой 1 миллион человек и водой для орошения сельхозкультур на одних из самых плодородных земель страны.

Группа учёных обнаружила, что спутниковые измерения проседания грунта могут предсказывать концентрации мышьяка в подземных водах. Эта методика может стать системой раннего предупреждения для предотвращения опасного уровня загрязнения мышьяком водоносных горизонтов с определёнными характеристиками по всему миру.

Важно, что исследователи обнаружили признаки возможности восстановления загрязнённых в результате чрезмерной откачки водоносных горизонтов, если отбор воды прекратить. В областях, где проседание замедлилось по сравнению с показателями 15-летней давности, уровень мышьяка также был ниже.

Высвобождение мышьяка из глины

Исследовательская группа проанализировала данные по мышьяку для сотен скважин за два разных засушливых периода вместе с оценками проседания земной поверхности с точностью до сантиметра, полученными со спутников. Они выяснили, что когда земля в бассейне Туларе долины Сан-Хоакин проседает быстрее, чем на 3 дюйма (около 7.6 см) в год, риск обнаружения опасных уровней мышьяка в подземных водах возрастает вплоть до трёх раз.

Водоносные горизонты бассейна Туларе состоят из зон песка и гравия, разделённых тонкими слоями глины. Глина действует как губка, удерживая воду, а также мышьяк, поглощённый из древних речных отложений. В отличие от слоёв песка и гравия, эти глины содержат относительно мало кислорода, что создаёт условия для перехода мышьяка в форму, легко растворимую в воде.

Когда откачка забирает слишком много воды из песчано-гравийных зон, водоносный горизонт сжимается, и земля проседает. Обогащённая мышьяком вода начинает просачиваться и смешиваться с водой в основном водоносном горизонте. Когда откачка воды замедляется достаточно, чтобы остановить проседание и снять давление на захваченный мышьяк, чистая вода, просачивающаяся с поверхности, может постепенно очистить систему.

Исследователи отмечают, что чрезмерная откачка в других водоносных горизонтах может привести к тем же проблемам с загрязнением, если они обладают тремя атрибутами: чередующимися слоями глины и песка; источником мышьяка; и относительно низким содержанием кислорода, что характерно для водоносных горизонтов, расположенных под толстыми глинами.

Спутниковые данные

Открытие, что дистанционное зондирование может поднять тревогу до того, как загрязнение начнёт угрожать здоровью людей, даёт надежду на улучшение мониторинга воды. «Вместо того чтобы бурить скважины и отбирать пробы воды для анализа в лаборатории, у нас есть спутник, получающий необходимые данные», — отметила соавтор исследования Розмари Найт.

Исследование основывается на работе 2013 года, проведённой в дельте реки Меконг во Вьетнаме. Как и в долине Сан-Хоакин, в областях дельты Меконг с более сильным проседанием земли наблюдались более высокие концентрации мышьяка. «Теперь у нас есть два участка в совершенно разных географических регионах, где, по-видимому, действуют одни и те же механизмы», — сказал соавтор Скотт Фендорф.