Jak vzniká vodonosná vrstva?

Chcete se dozvědět více o aktivitách MAAE? Přihlaste se k odběru našeho měsíčního e-mailového zpravodaje, abyste byli informováni o nejnovějších zprávách, zvuku, videu a dalších.

Co je co v jaderné oblasti
Adams Ali Diomande, Úřad pro veřejné informace a komunikaci MAAE

Vodonosná vrstva je vodonosná, propustná hornina, ze které se získává voda (Infographic: Adriana Vargas/IAEA).

Podzemní voda tvoří asi 30 procent světové sladké vody. To z nich dělá důležitý zdroj pro řešení naléhavých globálních problémů souvisejících s růstem globální populace, expanzí zemědělství a zvýšenou spotřebou vody v průmyslových odvětvích, jako je těžba ropy a zemního plynu, těžba, oděvnictví a textil a chov dobytka. Pro ochranu podzemních vod před hrozbou nadměrné těžby nebo znečištění a pro zajištění udržitelného hospodaření s nimi v budoucnu je důležité pochopit, odkud podzemní voda na různých místech pochází, jaká je její kvalita a jak rychle se doplňuje. Vědci mohou provádět takový výzkum analýzou “otisků prstů” vody nazývaných izotopy, což jsou variace atomů v molekule vody.

Co je podzemní voda?

Podzemní voda – Jedná se o vodní zdroje umístěné pod zemí. Mohou být ukryty v trhlinách a mezerách ve skále a sedimentech, tvořících podzemní zdroj obsažený v takzvaných aquiferech. V závislosti na charakteristikách vodonosné vrstvy lze podzemní vodu čerpat čerpacími studnami pro použití pro zásobování vodou, zásobování průmyslovou vodou, zavlažování a další účely související s člověkem.

Jak vznikají vodonosné vrstvy a proč je tak důležité používat je moudře?

Podzemní voda je součástí koloběhu vody. Po dešti se část vody absorbuje do půdy a vlivem gravitace se usadí podložím a pohybuje se, dokud nedosáhne husté, nepropustné horniny známé jako aquitard. Mnoho akviferů je spojeno s řekami a jinými útvary povrchových vod, které je podporují v období sucha. V období dešťů může tento systém fungovat i opačným směrem: podzemní voda se vrací do řek a jezer a doplňuje je.

Rychlost dobíjení vodonosné vrstvy závisí na klimatu a prostředí, kde se vyskytuje. Obnovení vodonosných vrstev v oblastech s malým množstvím srážek může trvat staletí. Zároveň lze téměř okamžitě dobíjet mělké vodonosné vrstvy v oblastech s vysokými srážkami. Změna klimatu, která vede k intenzivnějším suchům a intenzivnějším srážkám, tedy ovlivňuje rychlost doplňování zvodnělých vrstev i množství zdrojů podzemních vod dostupných pro udržitelné využití.

Aktivní využívání podzemních vod pro lidské potřeby např. v zemědělství nebo průmyslu v rozsahu, který neodpovídá rychlosti doplňování vodonosných vrstev, může ohrozit nejen jejich bezpečnost (pokud dojde k jejich odvodnění, mohou zaniknout), ale také vést k snížení celkového množství vody dostupné lidem, protože podzemní voda tvoří významnou část světových zásob sladké vody.

Navíc podzemní voda nemusí být vždy dostatečně čistá pro lidské použití. Lidské činnosti, jako je vypouštění odpadních vod nebo nadměrné používání pesticidů a hnojiv, včetně zvířecího hnoje, jsou hlavním zdrojem znečištění podzemních vod. Zjištění původu kontaminantů je proto prvním krokem k řešení problémů s kvalitou vody. Projekt technické spolupráce MAAE zkoumá dopad změny klimatu a lidských činností na podzemní kolektory ve východní Evropě a střední Asii. Chcete-li se dozvědět více, klikněte na odkaz.

Co jsou izotopy a jak mohou vědcům pomoci posoudit zdraví vody?

Molekuly vody se skládají z atomů kyslíku a vodíku. Určité druhy atomů stejného chemického prvku, nazývané izotopy, lze použít ke studiu koloběhu vody, včetně podzemní vody.

Izotopy jsou atomy stejného prvku se stejným počtem protonů, ale různým počtem neutronů.

Různé “izotopové” techniky se používají k měření množství a poměrů izotopů a ke sledování jejich původu, historie, zdrojů a interakcí v prostředí.

V závislosti na tom, odkud voda pochází, má jedinečný izotopový „otisk prstu“, nazývaný také izotopový podpis. Vědci analyzují izotopy, aby sledovali pohyb a zdroje znečištění vody v různých fázích jejího cyklu.

Jak izotopy pomáhají vědcům identifikovat nadměrné využívání podzemní vody?

Vědci používají izotopy při rozsáhlých studiích vodních zdrojů, aby odhadli jejich množství, stáří a původ a určili, zda je množství vody, kterou lidé využívají, udržitelné.

Například přirozeně se vyskytující radioizotopy nalezené v podzemních vodách, jako je tritium, uhlík-14 a vzácné plyny helium-3, helium-4 a krypton-81, se používají k poskytování informací o stáří podzemní vody a souvisejících časových cyklech. svým pohybem. Analýzou koncentrací různých kombinací stabilních izotopů a radioizotopů mohou vědci přesně vypočítat, kdy se vodonosné vrstvy dobíjejí, jak rychle proudí podzemní voda a jak dlouho trvá jejich doplnění. Tyto údaje mohou pomoci určit zejména to, zda daná zemědělská oblast spotřebovává více zdrojů podzemní vody, než je možné včas doplnit pro zajištění dlouhodobé závlahy.

Jak vědci používají izotopy ke studiu kontaminace podzemních vod?

K detekci znečišťujících látek, včetně dusičnanů a síranů, vědci používají specifické izotopy, jako je dusík-15, kyslík-18 a síra-34. Kromě toho se tyto izotopy používají k určení vhodnosti podzemní vody v konkrétní lokalitě pro lidské použití.

Vědci mohou určit, že zdrojem kontaminace ve vodě obsahující nadměrné množství dusičnanů je lidský odpad nebo hnojiva. Dusičnanové ionty se skládají z dusíku a kyslíku, přičemž dusík má dva izotopy a kyslík tři. Poměr těchto izotopů v lidském odpadu a v hnojivech je různý a pomocí tohoto rozdílu lze určit zdroj znečištění. Identifikace zdroje znečištění vody je důležitým krokem ke zlepšení kvality vody a udržitelnějšímu hospodaření s vodou.

Jakou roli hraje MAAE?

• MAAE využívá izotopovou hydrologii k podpoře členských států při hodnocení vodních zdrojů a udržitelném hospodaření s vodou. Kromě toho agentura prostřednictvím své Laboratoře izotopové hydrologie poskytuje pomoc a školení laboratořím a odborníkům v oblasti analytických služeb.
• MAAE vyvinula širokou škálu školicích kurzů, které vyučují základy izotopové hydrologie a izotopové analýzy stabilních izotopů, tritia a vzácných plynů.
• Prostřednictvím svého programu technické spolupráce MAAE úzce spolupracuje s členskými státy na zlepšení dostupnosti a udržitelnosti sladkovodních zdrojů prováděním vědecky podložených integrovaných hodnocení vodních zdrojů.
• Ve spolupráci se Světovou meteorologickou organizací MAAE provozuje síť Global Isotopes in Precipitation Network (GPNR), která poskytuje vědecké poradenství, logistiku a technickou podporu v oblasti izotopové hydrologie.

Související materiály

Izotopová hydrologie podporuje udržitelný rozvoj severoafrických zdrojů podzemních vod

Odhalení skrytých vazeb mezi podzemními vodonosnými vrstvami, klimatickými změnami a lidskými aktivitami v Evropě a Střední Asii

Vyrovnání se se suchem v Zimbabwe: Pochopení dynamiky podzemních vod a řek pomocí aplikované jaderné vědy

Související zdroje

• Podzemní voda
• Hospodaření s vodními zdroji
• Sekce izotopové hydrologie
• Globální síť laboratoří pro analýzu vody (GloVAL)
• Mezinárodní symposium o izotopové hydrologii 3.–7. července 2023, Vídeň, Rakousko (v angličtině)
• Bulletin MAAE (svazek 60/1, duben 2019)