In un posto come il Delaware, dove piove spesso, l'acqua è una risorsa rinnovabile. I processi naturali ripristineranno l'acqua che viene utilizzata o consumata. In una zona dove la pioggia non è così abbondante, come la penisola arabica, però, è fondamentale capire quanta acqua buona è disponibile sotto l'arido deserto in quelle che sono conosciute come falde acquifere fossili, falde acquifere che immagazzinano l'acqua più vecchia.

Neil Sturchio dell'Università del Delaware, professore presso il Dipartimento di Scienze della Terra del College of Earth di UD, Oceano e Ambiente, con i colleghi di diverse altre istituzioni, ha collaborato alla stesura di un articolo nel Giornale di idrologia che ha valutato l'età, origine e sostenibilità delle falde acquifere fossili del Mega Aquifer System (MAS) nella Penisola Arabica.

Il MAS è alla base della maggior parte dei vasti deserti della penisola arabica ed è uno dei più grandi sistemi acquiferi del mondo arido, territorio occupante in Arabia Saudita, Iraq, Giordania, Oman, Yemen ed Emirati Arabi Uniti.

Sturchio ha condotto studi geochimici e isotopici che hanno contribuito a determinare la qualità e l'età dell'acqua, che ha mostrato come l'età si rapporta all'idrologia e alla storia della falda acquifera.

Le misurazioni isotopiche sono strumenti potenti per tracciare la fonte di umidità di una falda acquifera e il tempo di residenza e il percorso di flusso delle acque sotterranee, soprattutto se utilizzato in combinazione con modelli numerici di flusso che incorporano misurazioni dell'elevazione della falda freatica e proprietà idrauliche della falda acquifera.

I rapporti isotopici dell'idrogeno e dell'ossigeno della molecola d'acqua sono stati usati per tracciare la sua fonte di umidità, e gli isotopi radioattivi carbonio-14 e cloro-36 sono stati utilizzati per valutare il tempo di permanenza nel sottosuolo (età) dell'acqua.

Conoscere l'età dell'acqua nelle falde acquifere aiuta gli scienziati a capire quanto velocemente o lentamente si stanno ricaricando, informazioni vitali per la gestione sostenibile dell'uso dell'acqua.

Sturchio ha detto che questo studio era importante perché questa zona del mondo non ha avuto molti moderni, lo stato dell'arte delle indagini condotte per mostrare come gestire efficacemente le proprie risorse.

"La loro popolazione sta crescendo, quindi stanno vivendo tutti i soliti problemi che accompagnano l'avere molte persone e l'acqua sta diventando sempre più un problema, " disse Sturchio.

acque sotterranee fossili

Mentre gran parte del paesaggio della penisola arabica riceve meno di 25 millimetri di pioggia all'anno, nei precedenti periodi climatici più umidi queste aree hanno ricevuto maggiori quantità di precipitazioni, che ha aiutato a ricaricare le loro falde acquifere.

Questa falda è ora considerata fossile, ma nelle aree del MAS che ricevono maggiori quantità di precipitazioni, principalmente le aree montuose nella sezione meridionale del MAS che è alla base del deserto di Rub Al Khali (RAK), l'acqua più vecchia si mescola con la nuova poiché le falde acquifere ricevono una ricarica moderna dalle precipitazioni.

A differenza della porzione meridionale del MAS, che agli attuali livelli di estrazione dell'acqua può essere utilizzata per lo sviluppo di un'agricoltura sostenibile in Arabia Saudita, le sezioni centrale e settentrionale del MAS sono eccessivamente sfruttate per quanto riguarda l'estrazione delle acque sotterranee.

Poiché stanno mostrando segni di grave calo dei livelli dell'acqua, è importante determinare l'età dell'acqua per mostrare quanto velocemente le falde acquifere si stanno ricostituendo. Ciò aiuterà a identificare i luoghi e a sviluppare scenari in base ai quali le risorse possono essere gestite in modo sostenibile.

Rilevamento dell'acqua a distanza

Oltre alle solite misurazioni chimiche e isotopiche che aiutano a datare l'acqua e raccontano la qualità dell'acqua, i ricercatori hanno utilizzato le osservazioni della missione satellitare Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) lanciata nel 2002 dalla National Aeronautics and Space Administration (NASA) degli Stati Uniti e dal Centro aerospaziale tedesco per aiutare a misurare i livelli dell'acqua nelle falde acquifere.

I satelliti GRACE mappano mensilmente le variazioni del campo gravitazionale globale della Terra. Utilizzando i dati dei satelliti, i ricercatori sono stati in grado di ottenere calcoli del bilancio idrico, rilevare la variabilità dello stoccaggio dell'acqua sui bacini e discernere i tassi di ricarica e scarico della falda acquifera.

"Anno dopo anno, puoi confrontare le misurazioni della gravità su una certa area e vedere come stanno cambiando. A parità di condizioni, la maggior parte del cambiamento nella gravità è dovuta all'aggiunta o alla sottrazione di acqua perché nient'altro sta realmente cambiando così tanto. Le rocce sono semplicemente sedute lì, " ha detto Sturchio. "Questi satelliti gravitazionali sono sensibili alla variazione di volume delle acque sotterranee. Se lo stai pompando troppo velocemente, vedrai che la quantità di acque sotterranee sta gradualmente diminuendo."

Oltre alla GRAZIA, i ricercatori hanno anche utilizzato i dati delle misurazioni delle precipitazioni satellitari e hanno condotto indagini sul campo sul sistema acquifero RAK.

Acqua in viaggio

Questa combinazione di telerilevamento, sono state utilizzate anche indagini geochimiche e sul campo per determinare da dove provenisse l'acqua, così come la qualità dell'acqua.

Hanno esaminato il percorso che l'acqua segue per raggiungere alcune falde acquifere e hanno scoperto che la maggior parte dell'acqua segue un sistema di drenaggio da ovest a est, raccogliendo precipitazioni sulle colline del Mar Rosso e scorrendo attraverso la penisola arabica.

"Abbiamo potuto vedere che la maggior parte dell'acqua sotto il deserto proviene dalle montagne nella parte occidentale dell'Arabia Saudita e nella parte sud-occidentale della penisola arabica, " disse Sturchio.

Le acque sotterranee che si trovano più lontano nella parte orientale del deserto sono più antiche e isotopicamente diverse dalle acque sotterranee più vicine alle colline del Mar Rosso, che indica che è stato depositato dalle colline in diverse condizioni climatiche molti anni fa durante l'epoca del Pleistocene, un periodo di tempo iniziato circa 2,6 milioni di anni fa.

È anche più salato e inadatto per uso potabile e agricolo. Le acque sotterranee hanno origine in montagna attraverso la ricarica delle precipitazioni, quindi attraversa formazioni rocciose salate trasformando di conseguenza l'acqua nelle falde acquifere salata.

"È più salato dell'acqua di mare, e non può essere usato per niente in quel caso, " disse Sturchio, che ha aggiunto che l'età dell'acqua nella parte orientale della penisola arabica è di circa un milione di anni e più.

Raccomandazioni per la sostenibilità

Dopo aver determinato l'età e l'origine delle falde acquifere fossili, i ricercatori sono stati in grado di formulare raccomandazioni sulla sostenibilità delle risorse idriche sotterranee.

Nelle sezioni centrali e settentrionali del MAS, l'estrazione sostenibile dell'acqua può essere ottenuta con le attuali modalità di coltivazione e irrigazione riducendo l'estrazione annuale e mantenendola più in linea con la velocità con cui viene parzialmente reintegrata dalle precipitazioni. Un'altra opzione sarebbe quella di sostituire le colture ad alta intensità d'acqua, come il grano e l'erba medica, che vengono attualmente coltivate nella zona con colture a risparmio idrico come patate o barbabietole da zucchero.

Agli attuali livelli di estrazione, le parti meridionali del MAS possono essere utilizzate per lo sviluppo dell'agricoltura sostenibile in Arabia Saudita e fornire un modello replicabile ed economico per l'area.