Моделирование подземных вод выявило скрытые пути и дальние потоки на континентальном масштабе

Исследователи из Принстонского университета и Университета Аризоны создали симуляцию, картирующую подземные воды на континентальном масштабе. Эта работа, занявшая три года, позволила проследить невидимый путь, который каждая капля дождя или талого снега проделывает перед тем, как вновь появиться в пресноводных потоках. Модель отслеживает воду от поверхности земли на значительную глубину и обратно, показывая, что она может выйти на поверхность на расстоянии до 100 миль (около 160 км), проведя под землей от 10 до 100 000 лет.

Симуляция, опубликованная в журнале Nature Water, показывает, что дождевая вода и талый снег протекают под землей гораздо дальше, чем считалось ранее. Более половины воды в ручьях и реках происходит из водоносных горизонтов, которые ранее считались настолько глубокими, что были изолированы от поверхностных потоков. Эти неожиданные выводы имеют серьёзные последствия для отслеживания загрязнения и прогнозирования последствий изменения климата для грунтовых вод, которые обеспечивают половину всей питьевой воды в США.

Модель, охватывающая континентальную часть США и части Канады и Мексики, отслеживает потоки подземных вод и измеряет огромные расстояния и глубины, которые они преодолевают, прежде чем снова попасть в реки на площади более 3 миллионов квадратных миль (7,85 млн кв. км). Исследователи достигли этого с помощью высокодетального гидрологического моделирования.

Исследование показало, что подземные воды могут преодолевать сотни километров. На Среднем Западе, особенно там, где горы встречаются с равнинами, потоки особенно длинные. Один из потоков у подножия Скалистых гор протянулся на 148 миль (238 км). Почти 90% водосборных бассейнов США получают воду от одного соседа и передают её другому.

Результаты имеют огромное значение. Грунтовые воды составляют 99% незамёрзшей пресной воды в мире и обеспечивают питьевой водой 145 миллионов американцев. Однако они истощаются с угрожающей скоростью, и их долгое время было сложно моделировать. Новый анализ предоставляет возможности для отслеживания этого жизненно важного ресурса.

«Взаимосвязи между водосборами важны не только для речного стока, — сказал Рид Максвелл, ведущий автор исследования. — Это также говорит нам о том, как долго загрязнение будет сохраняться в грунтовых водах. Распространённые загрязнители, такие как нитраты и ПФАС, могут совершать эти долгие путешествия к потоку, что затрудняет их контроль».

Второе важное открытие заключается в том, что вода из очень глубоких водоносных горизонтов вносит значительный вклад в речной сток. Команда обнаружила, что глубокие грунтовые воды (от 10 до 100 метров под поверхностью) составляют более половины базового стока в 56% суббассейнов. Наибольшие глубины наблюдались в регионах с самым крутым рельефом, таких как Скалистые и Аппалачские горы.