Aquifer tai aquifer ( englanniksi aquifer ) [1] on sedimenttikivi , jota edustaa yksi tai useampi kerrostettu maanalainen kivikerros , joiden läpäisevyys vaihtelee . Vettä läpäisevän kallion tai tiivistämättömien materiaalien (sora, hiekka, liete, savi) maanalaisesta kerroksesta pohjavettä voidaan ottaa pois kaivon avulla.
Kerrokset koostuvat osittain irtonaisista materiaaleista: sorasta , dolomiitista , lieteestä , kalkkikivestä , mergelistä tai hiekasta . Kerrosten väliset halkeamat tai aukot täytetään pohjavedellä . Horisonttia rajoittaa joko kaksi vettä hylkivää kerrosta (yleensä savea ) tai vettä hylkivä kerros ja ilmastusvyöhyke .
Veden ottamiseksi pohjavesikerroksista porataan kaivoja (poraus) , jotka ovat olennainen osa vedenottolaitoksia .
Akviferit voivat olla eri syvyyksillä. Pintaa lähempänä olevia ei ainoastaan käytetä muita useammin vedenlähteinä kulutus- ja kastelukäyttöön , vaan myös sateet täydentävät niitä useammin. Monet aavikkoalueet sisältävät kalkkikivikukkulia tai vuoria, jotka voivat sisältää pohjavettä. Pintavesikerrostoja, joista vettä otetaan, löytyy osista Atlasvuorista Pohjois -Afrikassa , Libanonin ja Anti - Libanonin vuoristoalueilla Syyriassa , Israelissa ja Libanonissa , osissa Sierra Nevadaa ja muilla vuorilla Yhdysvaltojen lounaisosassa .
Liiallinen käyttö voi johtaa pohjaveden alenemiseen. Joidenkin maiden, kuten Libyan ja Israelin, rannikoilla väestönkasvu ja lisääntynyt vedenkulutus ovat johtaneet pohjaveden pinnan laskuun ja siitä johtuvaan suolaisen meriveden saastumiseen .
Geologiset materiaalit voidaan luokitella sementoituneiksi kiviksi tai konsolidoitumattomiksi (vapaiksi) kerrostumiksi. Sementoituja kiviä voidaan muodostaa hiekkakivestä, liuskeesta, graniitista ja basaltista. Konsolidoitumattomat kivet sisältävät rakeisia materiaaleja, kuten hiekkaa, soraa, lietettä ja savea. Akviferin neljä päätyyppiä ovat:
Pohjavesi tulvassa sijaitsee hiukkasten välisessä huokostilassa ja tiivistyneissä kivissä - halkeamissa. Veden määrä, jonka pohjavesikerrokseen mahtuu, riippuu sen huokoisuudesta, joka on sedimenttirakeiden välinen huokostila tai kallion rakojen tilavuus. Veden liikkumiseksi kalliossa on välttämätöntä, että huokostilat ovat yhteydessä toisiinsa. Pohjavesi liikkuu hyvin hitaasti pohjavesikerroksen sisällä, ja liikkeen nopeus riippuu maaperän tai kallion sisällä olevien tilojen koosta, näiden tilojen välisestä yhteydestä ja vedenpinnan painegradientista.
Karkearakeisilla sedimenteillä, kuten hiekalla ja soralla, on suurempi huokoisuus kuin hienorakeisilla sedimenteillä, kuten savella ja lieteellä, ja huokosten yhteys on parempi. Karkearakeiset materiaalit ovat läpäisevämpiä, koska niissä on suuria yhteenliitettyjä tiloja tai halkeamia, jotka sallivat veden virtauksen.
Joissakin tapauksissa huokostilat voidaan täyttää hienorakeisilla kerrostumilla, mikä vähentää huokoisuutta ja vaikeuttaa veden liikkumista luonnehtien pohjavesikerroksen huonosti läpäiseväksi. On erittäin tärkeää pystyä määrittämään sellaiset pohjavesikerroksen ominaisuudet kuin läpäisevyys, jotta voidaan ennustaa pohjaveden käyttäytymistä pohjavesikerroksessa.
Konsolidoitumattomissa pohjavesikerroksissa pohjavesi muodostuu soran, hiekan ja lietehiukkasten välisistä huokostiloista. Jos pohjavesikerrosta rajoittavat matalan läpäisevyyden kerrokset, hiekan ja soran alentunut vedenpaine aiheuttaa hidasta veden poistumista viereisistä rajakerroksista. Jos nämä rajakerrokset koostuvat kokoonpuristuvasta lieteestä tai savesta, veden menetys pohjaveteen alentaa rajakerroksen vedenpainetta, jolloin se puristuu kokoon päällekkäisten geologisten materiaalien painosta. Joissakin tapauksissa tämä puristus voidaan havaita maan pinnalla vajoamisen muodossa. Suurin osa pohjaveden ottamisen aiheuttamasta vajoamisesta on pysyvää (elastinen palautus on pieni). Siten vajoaminen ei ole vain jatkuvaa, vaan puristuneella pohjavesikerroksella on pysyvästi alentunut vedenpidätyskyky.
Rannikon lähellä olevilla pohjavesikerroilla on makean veden linssi lähellä pintaa ja tiheämpi merivesi makean veden alla. Merivesi tunkeutuu valtamerestä leviävään pohjavesikerrokseen ja on makeampaa vettä tiheämpää. Huokoisissa (eli hiekkaisissa) rannikon lähellä sijaitsevissa vesikerroksissa suolaisen veden päällä oleva makea vesi on noin 12 metriä paksu jokaista 0,3 metriä merenpinnan yläpuolella olevaa makean veden yläpuolella . Tätä suhdetta kutsutaan Gieben-Herzberg-yhtälöksi. Jos liian paljon pohjavettä pumpataan lähelle rannikkoa, suolavettä voi tihkua makean veden pohjavesikerroksiin, mikä saastuttaa juomakelpoisen makean veden varastot. Monet rannikkovesimuodostelmat, kuten Biscayne Aquifer lähellä Miamia ja New Jersey Coastal Plain Aquifer, kärsivät suolaisen veden tunkeutumisesta pumppaamisen ja merenpinnan nousun seurauksena.
Puolikuivien alueiden pintakastelualueiden pohjavesikerrostumat, joissa kaivoista lisäkastelun kautta pohjaveteen tunkeutuvan kasteluveden väistämättömiä häviöitä käytetään uudelleen, ovat vaarassa suolaantua [2] .
Pintakasteluvesi sisältää yleensä suoloja luokkaa 0,5 g/l tai enemmän ja vuotuinen kastelutarve on luokkaa 10 000 m 3 /ha tai enemmän, joten suolan vuotuinen tuonti on luokkaa 5000 kg/ha. tai enemmän [3] .
Jatkuvan haihdutuksen vaikutuksesta pohjavesikerroksen suolapitoisuus voi jatkuvasti kasvaa ja aiheuttaa lopulta ympäristöongelmia.
Suolaisuuden hallitsemiseksi tällaisessa tapauksessa vesikerroksesta tulisi vuosittain laskea tietty määrä valumavettä maanalaisen viemärijärjestelmän kautta ja poistaa turvallisen poistoaukon kautta. Viemäröintijärjestelmä voi olla vaakasuora (eli putkilla, laattakaivon tai ojilla) tai pystysuora (kuoppaviemäröinti). Kuivatustarpeiden arvioimiseksi voi olla hyödyllistä käyttää pohjavesimallia, jossa on agrohydrosuolakomponentti, kuten SahysMod.
Vuonna 2021 tehdyssä tutkimuksessa todettiin, että noin 39 miljoonasta tutkitusta pohjavedestä 6-20 %:lla on suuri riski kuivua, jos paikallinen pohjaveden pinta laskee muutaman metrin tai – kuten monilla alueilla ja mahdollisesti yli puolella tärkeimmistä pohjavesikerroksista [ 4] - laskee edelleen [5] [6] .
Itämeren arteesinen altaan pinta-ala on 0,462 miljoonaa km 2 , ja se sijaitsee Viron, Latvian, Liettuan, Kaliningradin alueella ja osittain Itämeren alla.
Pariisin arteesinen altaan pinta-ala on 0,15 miljoonaa neliökilometriä , ja se sijaitsee Ranskan pohjoisosassa.
Moskovan arteesinen altaan pinta-ala on 0,36 miljoonaa km2 , ja se sijaitsee Moskovan, Kalininin, Vladimirin, Jaroslavlin, Smolenskin, Kalugan, Orjolin, Tulan ja Ryazanin alueilla.
Länsi-Siperian arteesinen altaan on maailman suurin arteesinen altaan pinta-alaltaan 3 miljoonaa km 2 , joka sijaitsee Länsi-Siperian tasangon alueella . Altaassa on kaksi hydrogeologista tasoa, joita erottaa savisedimenttien paksuus (paikoin yli 800 m).
Australiassa sijaitseva Great Artesian Basin on yksi maailman suurimmista pohjavesihorisonteista [7] (yli 1,7 miljoonaa km2 ) . Sillä on suuri rooli Queenslandin ja joidenkin Etelä-Australian syrjäisten alueiden vesihuollossa.
Itä-Saharan arteesinen altaan (Libyan-Egyptian Artesian Basin) on maailman suurin (3,49 miljoonaa km 2 ), joka sijaitsee Koillis-Afrikassa Saharan aavikon alla. Sisältää Egyptin alueen, Sudanin pohjoisosan, Libyan itäiset alueet ja Tšadin koillisalueet.
Suuri Saharan arteesinen altaan (Algerian-Tunisian arteesinen altaan) -alue miljoonaa km2 , sijaitsee pääasiassa Algeriassa, kattaa myös Tunisian eteläpuolen ja osittain Libyan.
Vesikerroksen ehtyminen on ongelma joillakin alueilla ja erityisen kriittinen Pohjois-Afrikassa , kuten Libyan Great Man Made River -hankkeessa . Uudet pohjaveden hallintakäytännöt, kuten keinotekoinen täydennys ja pintaveden injektointi kauden sateisina aikoina, ovat kuitenkin pidentäneet monien makean veden pohjavesien käyttöikää erityisesti Yhdysvalloissa.
McMurray-muodostelman pohjalla olevia epäjatkuvia hiekkakappaleita Athabasca Oil Sands -alueella Koillis- Albertassa , Kanadassa kutsutaan yleisesti Basal Water Sand (BWS) -akviferiksi [8] . Kyllästetyt vedellä, ne jäävät läpäisemättömän tervahiekan alle, jota käytetään bitumin uuttamiseen synteettisen raakaöljyn tuotantoa varten. Siellä missä ne ovat syvällä ja niitä syötetään alla olevista devonin muodostelmista , ne ovat suolaisia, ja missä ne ovat matalia ja pintaveden ruokkimia, ne eivät ole suolaisia. BWS-horisontit aiheuttavat yleensä ongelmia bitumin talteenotolle, joko pintalouhinnalla tai in situ -menetelmillä, kuten höyryavusteisella painovoimanpoistolla, ja joillakin alueilla ne ovat jäteveden injektoinnin kohteita [9] .
Maanosan keskiosan Ogallalan akvifer on yksi maailman suurimmista pohjavesikerroksista, mutta se on paikoin nopeasti ehtymässä kasvavan kunnallisen käytön ja jatkuvan maatalouskäytön vuoksi. Tämä valtava akvifer, joka on osien alla kahdeksan osavaltiota, sisältää enimmäkseen fossiilista vettä viimeiseltä jäätiköltä. Vesikerroksen kuivempien osien vuotuisen latauksen arvioidaan olevan vain noin 10 prosenttia vuotuisista poistoista. Yhdysvaltain geologisen tutkimuskeskuksen (USGS) vuonna 2013 julkaiseman raportin mukaan vuosien 2001 ja 2008 välisenä aikana kuluminen on noin 32 prosenttia koko 1900-luvun kokonaisuhtumista." [10] Yhdysvalloissa ovat suurimmat pohjavesien käyttäjät. mukaan lukien maatalouden kastelu sekä öljyn ja hiilen louhinta [11] "Yhdysvalloissa tapahtuva kumulatiivinen pohjaveden väheneminen kiihtyi 1940-luvun lopulla ja jatkui lähes tasaisena lineaarisesti vuosisadan loppuun asti. Laajalti tunnustetun ympäristönsuojelun lisäksi Vaikutukset, pohjaveden ehtyminen on myös negatiivinen, vaikuttaa pohjavesihuollon pitkän aikavälin kestävyyteen maan vesitarpeiden tyydyttämiseksi.
Esimerkki merkittävästä ja vakaasta karbonaattiakviferista on Edwardsin akviferi Texasin keskiosassa [12] . Tämä karbonaattiakvifer on historiallisesti tarjonnut korkealaatuista vettä lähes 2 miljoonalle ihmiselle, ja vielä nykyäänkin se on täynnä useiden paikallisten purojen, jokien ja järvien massiivisen latauksen ansiosta. Suurin riski tälle resurssille on inhimillinen kehitys jälleenhankinta-alueilla.
Argentiinan , Brasilian , Paraguayn ja Uruguayn pinnan alapuolella sijaitseva Guarani-akviferi on yksi maailman suurimmista pohjavesijärjestelmistä ja tärkeä makean veden lähde [13] . Guaranien mukaan nimetty sen pinta-ala on 1 200 000 km2 , tilavuus noin 40 000 km3 , paksuus 50-800 m ja suurin syvyys noin 1 800 m.