Az Egyesült Államok lakosságának körülbelül fele az ivóvizét állami vagy magánkutakból kapja. Ezeket a kutakat tömegesen használják. Kisz...
Az Egyesült Államok lakosságának körülbelül fele az ivóvizét állami vagy magánkutakból kapja. Ezeket a kutakat tömegesen használják. Kiszivattyúzzák a vizet a föld alatti víztartó rétegekből, hogy mezőgazdasági célra vagy ivóvízként használják fel.
A víz végül is nélkülözhetetlen az élethez, de sok civilizáció fejlődött ki a világ olyan régióiban, amelyek nem jutnak hozzá elegendő felszíni édesvízhez.
Vegyük például Kaliforniát és az Egyesült Államok délnyugati részét. Noha ez a régió az ország egyik legsűrűbben lakott területe, ugyanakkor vízben a legszegényebb.
Kaliforniában hatalmas mezőgazdasági ipar működik, azaz az állam jelentős mennyiségű vizet igényel napi és szezonális alapon. Az állami vizek történelmileg olyan fúrásokból származnak, amelyek az édesvizet a felszín alatti korlátozott víztartó rétegekből szivattyúzzák ki.
Ez világszerte meglehetősen általános gyakorlat, de problémák merülnek fel, amikor a víztartó rétegekből kiszivattyúzott víz mennyisége meghaladja a víztartó rétegekbe áramló vízmennyiséget. Ha túlszivattyúzzák, akkor a talaj nagy kiterjedésű területei, amelyek korábban vízzel voltak telítettek, maradandóan kiszáradnak.
Az összes statikus és dinamikus erő, amely a fenti földből és kőzetekből származik, összeadódik, és végül a most már száraz talaj tömörülni kezd. Bár ez kicsit sem tűnik nagy ügynek, Kaliforniában és a világ más részein is azt láthatjuk, hogy a felszíni magasság csökkenni kezd az évek során, gyakran több méterrel.
Mi az a talajsüllyedés?
A talajsüllyedés akkor fordulhat elő, ha a felszín alatti vizek jelentős részét kiszivattyúzzák vagy eltávolítják a talajból. A korábban vízzel telített kőzet és talaj, amely most már száraz, a fölötte lévő sziklák hatására elkezd összetömörödni. A talaj süllyedése meglehetősen lassú folyamat, általában nem észlelhető, mint egy földrengés esetén.
Amikor lokális süllyedés történik, akkor viznyelő vagy mélyedés jöhet létre, csak ezekben az esetekben sokkal lokalizáltabb a talaj süllyedése, mint amikor egy egész régió magassága csökken.
Noha a felszín magasságának csökkenése egy régióban nem tűnik nagy ügynek, valójában meglehetősen költséges. Elméletileg a földfelszín süllyedése nem okoz problémát, ha mindenhol egyenletesen fordul elő, de nem ez a helyzet. A talaj süllyedése nagyon változó folyamat, nagyrészt a talaj felszín alatti összetételén alapul. Ha az egyik terület elsősorban lágy agyagból, a másik főleg iszapból áll, a két terület különböző sebességgel tömörödik, még akkor is, ha ugyanazon térfogatot vették fel, amikor vízzel voltak telítettek.
Mivel a talaj különböző összetevőkből áll és különböző formájú és méretű részecskékkel rendelkezik, ez azt is jelenti, hogy a különböző talajok különböző mennyiségű vizet vesznek fel. A kertészkedésben ez az egyik oka annak, hogy speciális cserepes növény földet vásárolunk, hogy segítse megtartani a nedvességet.
A geológiában ezek a különböző abszorpciós arányok befolyásolják, hogy a mérnökök miként terveznek építési alapokat és kutakat a föld alatti víztartó rétegek számára.
Visszatérve a problémához, a talaj süllyedése komoly kérdés, mivel a földfelszín nagyon változó és egyenetlen sebességgel süllyed. Ha épített szerkezetek vannak a felszínen, akkor a mozgás elegendő lehet ahhoz, hogy az alapok megrepedjenek, a hidak összeomoljanak, a föld alatti csövek eltörjenek és egyéb módon tegye tönkre a polgári infrastruktúrát.
Az embernek nagyon nehéz meglátni valamit, ami évek alatt lassan történik meg, ezért érdemes olyan képeket megnézni, amelyek dokumentálják ennek hatásait. Talán az egyik leghíresebb az a süllyedés, amely öt évtized alatt történt a kaliforniai San Joaquin-völgyben.
A fenti kép alapján jól érzéklhető, hogy mekkora lehet a talaj süllyedése a víztartó rétegek túlszivattyúzása miatt. Ezután felmerülhet a kérdés, hogyan lehet ezt nyomon követni és megakadályozni. Noha ebben a cikkben nem foglalkozunk ezzel túl sokat, a rövid válasz az, hogy az irányító testületek nyomon követik a régió kútjainak vízszintjét, hogy megfigyeljék, több vagy kevesebb víz van-e bennük.
Ha a túlszivattyúzás jelei már láthatók, a mérnökök folytathatják a szivattyúzást és foglalkozhatnak a süllyedés következményeivel, vagy találhatnak másik vízforrást.
Az alábbi kép az USGS kút adatainak összeállítása az Egyesült Államokban, jelezve a kúthálózat vízszintjét. Az ilyen típusú adatok jelentik az egyik eszközt, amelyet a mérnökök használnak annak megállapítására, hogyan folyik a föld alatti víz, hogyan töltődik fel és hogyan viselkedik más módon.
A mérnökök olyan eszközöket is használnak, mint a tömörítési adatrögzítő készülékek, hogy megmérjék az üledékréteg vastagságának változását a föld alatt. Ezek az eszközök a vízszint mérése helyett lehetővé teszik a mérnökök számára, hogy megmérjék egy adott területen a kút szivattyúzásának talajhatásait. Az alábbi ábra ennek a működését magyarázza el.
A túlszivattyúzás káros hatásai
Már említettük, hogy az épületekre és az infrastruktúrára milyen veszélyes lehet a túlszivattyúzás, de ez nem az egyetlen kérdés, amely a felmerülő infrastrukturális kérdések teljes körét illeti.
A földsüllyedés számos alapvető problémát okozhat, amelyek többségét így lehet összefoglalni:
- A vízáramok és a felszíni vízrendszerek magasságának és lejtésének változásai
- Az infrastruktúra, például utak, hidak, csövek, padlók és csatornák károsodása
- A felszíni épületek károsodása
- Kutak meghibásodása
- A vegyi anyagok behatolása a mezőgazdaságból
Először a földrajzi változásra összpontosítsunk. Ha a süllyedés megváltoztatja a felszíni vizek útvonalát vagy magasságváltozást okoz, ez növeli az áramlási sebességet, és eróziót okozhat egy adott területen, ami megnehezítheti bizonyos halak és növények túlélését, és mindez befolyásolhatja a környező ökoszisztémát és akár az emberi lakóhelyeket is.
A földrajzi változások a talaj süllyedése miatt a part menti régiókat is érinthetik. Az árapály emelkedéstől messze épült házak hirtelen veszélyesen közel kerülhetnek a vízhez. Ne feledjük, hogy ez a hatás teljesen különbözik az éghajlatváltozás okozta dagályszint változásaitól.
A másik probléma, hogy a talajsüllyedés miként szennyezheti valójában a felszíni vizet. Pontosabban, a kútból történő túlszivattyúzás a felszín alatti vizekben a szennyezőanyagok koncentrációját okozhatja, mint például az arzén.
Az arzén egy természetben előforduló vegyi anyag. Az idő múlásával az arzén a folyók segítségével bejut az agyagba. Ez évszázadok óta zajlik, és az idők során ezek az agyagrétegek egyre mélyebbre nyomódtak a földkéregbe.
Ami végül történik, hogy az arzén nagy koncentrációban van jelen a mély agyagszerkezetekben, általában sokkal mélyebben, mint amit a kutak valaha is kiszivattyúznak. Amikor azonban a kutakat túlszivattyúzzák, a felette lévő talaj kiszívja belőle a vizet, és a kút elkezdi a vizet kiszivattyúzni az alatta lévő finom agyagból, amelynek magas az arzénkoncentrációja.
Ez a megnövekedett arzénkoncentráció szennyezheti a növényeket és az ivóvizet. Még az alacsony arzénszint, például 10 milligramm / liter is káros, és a rák, a szívbetegségek és a cukorbetegség fokozódását okozhatja.
A felszín alatti víztartó rétegek túlszivattyúzásából adódó talajcsökkenés a világ minden táján a vízhiányos régiók egyik fő problémája. Ez egy olyan kérdés, amelyet nem könnyű megoldani, mivel a társadalmaknak szükségük van a vízre. Nagyon nehéz lehet átváltani a kevésbé vízigényes növényekre vagy termesztési módszerekre, és nem mondhatjuk az embereknek, hogy ne igyanak vizet vagy neveljenek növényeket.
A talajsüllyedés csak egyike azon problémáknak, amelyeket a polgári és környezetvédelmi mérnökök naponta megoldanak, és ez a világ számos régiójának jövője szempontjából döntő jelentőségű. (1)
(1) - https://interestingengineering.com/how-over-pumping
