Le moderne acque sotterranee (blu scuro) penetrano lentamente nel terreno, invecchiando prima di diventare troppo profonde. Ma i pozzi (in basso a destra) aspirano l'acqua in profondità, attirando le giovani falde acquifere più in profondità più velocemente. Credito:Comunicazioni sulla natura (2022). DOI:10.1038/s41467-022-32954-1
Quanti anni ha la tua acqua? All'inizio può sembrare una domanda particolare, ma ci sono reali implicazioni su quanto tempo una goccia d'acqua è rimasta sottoterra. La ricerca suggerisce che il ciclo dell'acqua sta accelerando in alcuni luoghi a causa dell'intraprendenza umana.
Gli scienziati dell'UC Santa Barbara hanno scoperto che le acque sotterranee relativamente giovani tendono a raggiungere profondità più profonde in sistemi di falde acquifere fortemente pompati, portando potenzialmente con sé inquinanti di superficie. Lo studio, condotto dalla recente borsista post-dottorato Melissa Thaw, appare in Nature Communications .
"Di solito pensiamo che le acque sotterranee profonde siano al sicuro dai contaminanti che si trovano più vicino alla superficie terrestre", ha affermato Thaw. "Tuttavia, il pompaggio intensivo delle acque sotterranee sta portando le acque sotterranee reintegrate di recente a profondità più profonde, potenzialmente abbattendo anche i contaminanti".
Le acque sotterranee richiedono tempo per spostarsi nel mondo sotterraneo, scorrendo tra le particelle di terreno e attraverso le fessure della roccia. Le gocce di pioggia di oggi potrebbero non essere l'acqua del pozzo di domani; in effetti, potrebbero non essere nemmeno l'acqua di pozzo del prossimo decennio. "Metà o più di tutte le acque sotterranee immagazzinate sul pianeta sono pioggia e neve cadute più di 12.000 anni fa", ha affermato Scott Jasechko, professore associato presso la Bren School of Environmental Science &Management della UC Santa Barbara. Intuitivamente, più si guarda in profondità, più l'acqua è generalmente vecchia.
Thaw e il collega postdoc Merhawi GebreEgziabher GebreMichael hanno lavorato con l'autore senior Jasechko e Jobel Villafañe-Pagán, uno studente universitario dell'Università di Porto Rico, Mayagüez, che si è unito al team tramite il programma Geosciences Education &Mentorship Support. Insieme, gli autori hanno cercato di determinare in che modo il pompaggio influenzi il movimento delle acque sotterranee. A tal fine, hanno sfruttato un set di dati sulle concentrazioni di una forma rara di idrogeno, nota come trizio, in 15.000 pozzi sotterranei negli Stati Uniti contigui.
Gli scienziati hanno utilizzato il trizio per tracciare le acque sotterranee dagli anni '60. Questa varietà radioattiva, o isotopo, dell'idrogeno si trova naturalmente sulla Terra, principalmente a basse concentrazioni nella stratosfera, dove è prodotta da collisioni di particelle ad alta energia. Il trizio può sostituire le versioni più comuni dell'idrogeno nelle molecole d'acqua (H2 O), rendendo il composto leggermente radioattivo.
La concentrazione di trizio è aumentata drasticamente nel 20° secolo a causa dei test nucleari dalla metà degli anni '50 fino al Trattato sulla messa al bando parziale degli esperimenti nucleari nel 1963. Quindi c'è stato un impulso di idrogeno radioattivo introdotto nel mondo a metà del 1900. Gran parte di essa è piovuta, con parte di quella che è filtrata nel terreno per diventare falda acquifera. Gli scienziati possono utilizzare le concentrazioni di trizio per identificare le acque sotterranee recenti, che definiscono come l'acqua che è penetrata nella terra dopo il 1953.
Gli autori hanno raggruppato i pozzi vicini in 74 sistemi acquiferi. Ciò ha consentito loro di analizzare i livelli di trizio delle acque sotterranee a diverse profondità in ciascun sistema. Hanno usato queste misurazioni per calcolare la proporzione di ciascun campione proveniente dalle precipitazioni moderne. Il loro limite per le "vecchie" acque sotterranee era qualsiasi campione composto da meno del 25% di acque sotterranee moderne.
Gli scienziati hanno quindi esaminato come questa metrica variasse a diverse profondità all'interno di ciascun sistema acquifero. Non sorprende che la percentuale delle moderne acque sotterranee tendesse ad essere più alta vicino alla superficie e diminuire in profondità. Ma dove si è verificata questa transizione variava in diverse aree.
Il team ora aveva un'idea di quanto fosse profonda l'acqua sotterranea moderna attraverso i sistemi che stavano studiando, ma aveva ancora bisogno di qualcosa con cui confrontarla. La geologia del sottosuolo è disordinata e influisce sulla velocità con cui le acque sotterranee possono viaggiare. Ad esempio, l'acqua impiega più tempo per sprofondare in strati meno permeabili, come l'argilla.
Quindi gli autori hanno utilizzato la geologia locale per caratterizzare il movimento delle acque sotterranee. "Per ciascuna delle diverse aree di studio, abbiamo stimato quanto in profondità devi andare fino a raggiungere uno spesso strato a bassa permeabilità", ha detto Jasechko. In alcune aree può trovarsi a pochi metri sotto la superficie, mentre in altre può essere di centinaia di piedi.
"L'analisi degli isotopi ambientali, insieme all'analisi delle profondità delle unità di confinamento, ci ha permesso di comprendere l'impatto di un pompaggio eccessivo sul flusso verso il basso", ha affermato il coautore GebreEgziabher GebreMichael.
Infine, gli autori hanno potuto verificare la loro ipotesi utilizzando le statistiche per spiegare questa variabilità geologica. Hanno scoperto che esiste una correlazione tra il pompaggio delle acque sotterranee e la profondità raggiunta dalle giovani acque sotterranee, anche dopo aver considerato la geologia di un'area.
La situazione è un po' come bere una granita con una cannuccia. Prendi prima la parte inferiore (acqua vecchia) e questa attira la parte superiore (acqua nuova) per sostituirla. Tranne in questo esempio, la granita viene periodicamente riempita dall'alto. Gli scienziati chiamano questo fenomeno "downwelling indotto dal pompaggio".
"Sapevamo che il downwelling indotto dal pompaggio potrebbe essere qualcosa che potrebbe verificarsi in teoria", ha detto Jasechko. "Ma mostrare qualcosa in teoria potrebbe accadere rispetto a mostrare qualcosa che potrebbe effettivamente accadere, con dati del mondo reale, sono due cose molto diverse."
Precedenti studi hanno scoperto il downwelling indotto dal pompaggio su scala locale; per esempio, in Indonesia e nella Central Valley della California. Tuttavia, questo è il primo a rivelare il fenomeno su larga scala. E le implicazioni non sono semplicemente accademiche.
Le acque sotterranee trasportano composti disciolti, chiamati soluti. Alcuni di questi sono dannosi, come i nitrati del deflusso agricolo. Questi contaminanti superficiali vengono filtrati e scomposti nel corso degli anni mentre l'acqua filtra attraverso la terra. Di conseguenza, pozzi più profondi aspirano acque sotterranee più vecchie con concentrazioni inferiori di questi contaminanti. Attirando più rapidamente le giovani falde acquifere più rapidamente, stiamo potenzialmente spostando questi inquinanti superficiali nelle profondità sfruttate dai comuni e dalle comunità rurali, osservano gli autori.
"Il movimento di acqua giovane verso le falde acquifere profonde può influire sulla qualità delle acque sotterranee", ha affermato il coautore Villafañe-Pagán. "È essenziale continuare a studiare le falde acquifere sotterranee e gli effetti umani sulle risorse idriche."
La ricerca dal sud-est asiatico suggerisce che anche i soluti benigni possono rappresentare un pericolo per la salute. Possono dare il via a reazioni chimiche, mobilitando contaminanti che altrimenti sarebbero rinchiusi in composti che non si dissolvono in acqua. Ad esempio, nelle giuste condizioni, il carbonio organico disciolto può far sì che i minerali contenenti arsenico rilascino il loro arsenico nelle acque sotterranee, aumentando potenzialmente le concentrazioni di questa tossina nell'acqua prelevata dai pozzi vicini.
Sfortunatamente, anche le risorse idriche sotterranee sono minacciate dal basso. In molti luoghi con pompaggi intensi, la salinità in profondità è un problema crescente, così come la diffusione verso il basso degli inquinanti superficiali. Nel 2018 Jasechko e i suoi colleghi hanno pubblicato uno studio in Environmental Research Letters descrivendo in dettaglio come il pompaggio stava abbassando i livelli delle acque sotterranee a profondità dove iniziano a diventare salate. "La finestra di una buona falda freatica potrebbe diminuire sia dall'alto che potenzialmente dal basso", ha affermato.
Gli autori ritengono che i loro risultati riflettano le tendenze anche in altre regioni. "La nostra analisi di dozzine di sistemi acquiferi negli Stati Uniti cattura un'ampia gamma di variabilità nelle condizioni naturali e nelle attività umane", ha affermato Jasechko. Tuttavia, intende estendere alcune di queste ricerche a livello globale. Ha in programma di esaminare i profili del trizio in altri importanti sistemi di falde acquifere in tutto il mondo, in particolare quelli in cui i tassi di prelievo delle acque sotterranee sono elevati. + Esplora ulteriormente
