Водоносный горизонт Огаллала ( oh -gə- LAH -lə ) — это водоносный горизонт на мелководье, окруженный песком , илом, глиной и гравием, расположенный под Великими равнинами в Соединенных Штатах. Являясь одним из крупнейших водоносных горизонтов в мире, он занимает площадь около 174 000 квадратных миль (450 000 км 2 ) в некоторых частях восьми штатов ( Южная Дакота , Небраска , Вайоминг , Колорадо , Канзас , Оклахома , Нью-Мексико и Техас ). [1] Он был назван в 1898 году геологом Н. Х. Дартоном по типу местности недалеко от города Огаллала, штат Небраска . Водоносный горизонт является частью системы водоносных горизонтов Высоких равнин и находится в формации Огаллала , которая является основной геологической единицей, лежащей в основе 80% Высоких равнин . [2] [3]
Крупномасштабная добыча для сельскохозяйственных целей началась после Второй мировой войны, частично благодаря центральному орошению и адаптации автомобильных двигателей для питания скважин с грунтовыми водами. [4] Сегодня около 27% орошаемых земель во всех Соединенных Штатах находится над водоносным горизонтом, который дает около 30% грунтовых вод, используемых для орошения в Соединенных Штатах. [5] Водоносный горизонт находится под угрозой чрезмерной добычи и загрязнения. С 1950 года сельскохозяйственное орошение сократило насыщенный объем водоносного горизонта примерно на 9%. После истощения водоносного горизонта потребуется более 6000 лет, чтобы пополниться естественным путем за счет осадков. [6]
Система водоносного горизонта снабжает питьевой водой 82% из 2,3 миллионов человек (перепись 1990 года), проживающих в пределах исследуемой территории Хай-Плейнс. [7]
Отложение материала водоносного горизонта датируется от двух до шести миллионов лет назад, с позднего миоцена до раннего плиоцена , когда южные Скалистые горы все еще были тектонически активными. С возвышенностей на запад реки и ручьи прорезают русла, как правило, с запада на восток или юго-восток. Эрозия Скалистых гор привела к образованию аллювиальных и эоловых отложений, которые заполнили древние каналы и в конечном итоге покрыли всю площадь современного водоносного горизонта, образуя водоносную формацию Огаллала. [8] [9] В этом отношении этот процесс аналогичен тем, которые в настоящее время преобладают в других современных реках этого региона, таких как река Канзас и ее притоки. Основные различия заключаются во времени и глубине.
Глубина реки Огаллала варьируется в зависимости от формы преобладающей в то время поверхности: наибольшая глубина бывает там, где она заполняет древние долины и каналы. Формация Огаллала состоит в основном из грубых осадочных пород в более глубоких частях, которые вверху переходят в более мелкозернистый материал.
Водонасыщенная толщина формации Огаллала колеблется от нескольких футов до более 1000 футов. Его самая глубокая часть составляет 1200 футов (300 м), и обычно она больше на Северных равнинах. [10] Глубина воды под поверхностью земли колеблется от почти 400 футов (120 м) в некоторых частях севера до 100–200 футов (30–61 м) на большей части юга. В настоящее время пополнение водоносного горизонта пресной водой происходит с чрезвычайно медленной скоростью, что позволяет предположить, что большая часть воды в его поровых пространствах представляет собой палеовода , относящуюся к самому последнему ледниковому периоду , а, возможно, и раньше.
Грунтовые воды в Огаллале обычно текут с запада на восток со средней скоростью фута в день. Гидравлическая проводимость , или способность жидкости (воды) проходить через пористый материал, колеблется от 25 до 300 футов (от 7,6 до 91,4 м) в день. [11] Качество воды в Огаллале варьируется: самое высокое качество для питья и орошения наблюдается в северном регионе, а самое низкое — в южном. [12] Человеческие и природные процессы за последние 60–70 лет, включая плотность орошения, климат и применение азота, привели к повышению концентрации загрязняющих веществ, включая нитраты. Уровни нитратов обычно соответствуют стандартам качества воды Геологической службы США, но со временем продолжают постепенно увеличиваться. [12] Эта тенденция может повлиять на будущую устойчивость грунтовых вод в некоторых частях водоносного горизонта.
Водоносный горизонт — это резервуар для хранения подземных вод в круговороте воды . Хотя подземные воды являются возобновляемым источником, их запасы пополняются относительно медленно. Геологическая служба США провела несколько исследований водоносного горизонта, чтобы определить, что поступает ( пополнение подземных вод с поверхности), что уходит (вода откачивается и основной сток в ручьи), а также каковы чистые изменения в запасах (повышение, понижение или без изменений).
По оценкам Геологической службы США , общий объем запасов воды в 2005 году составлял около 2 925 000 000 акров-футов (3 608 км 3 ). Забор из водоносного горизонта Огаллала для орошения составил 26 км 3 (21 000 000 акров-футов) в 2000 году. Поскольку основная откачка подземных вод началась в конце В 1940-х годах овердрафт водоносного горизонта Хай-Плейнс составил 332 000 000 акров-футов (410 км 3 ), что составляет 85% объема озера Эри. [13] Многие фермеры в высокогорных равнинах Техаса , которые в основном полагаются на грунтовые воды, в настоящее время отказываются от орошаемого земледелия, поскольку затраты на перекачку воды возросли, и поскольку они осознали опасность перекачки воды. [14]
Скорость пополнения подземных вод ограничивается несколькими факторами. Большая часть равнинного региона является полузасушливой , с устойчивыми ветрами, которые ускоряют испарение поверхностных вод и осадков. Во многих местах водоносный горизонт в вадозной зоне перекрыт неглубоким слоем калише , практически непроницаемым ; это ограничивает количество воды, способной пополнить водоносный горизонт с поверхности земли. Однако почва озер Плайя другая и не покрыта калишем, что делает их одними из немногих мест, где водоносный горизонт может пополняться. Разрушение пляжей фермерами и застройка уменьшают доступную зону подпитки. Распространенность калише отчасти объясняется быстрым испарением почвенной влаги и полузасушливым климатом; засушливость увеличивает количество испарения, что, в свою очередь, увеличивает количество калише в почве. Оба механизма уменьшают количество пополняемой воды, достигающей уровня грунтовых вод.
Пополнение водоносного горизонта колеблется от 0,024 дюйма (0,61 мм) в год в некоторых частях Техаса и Нью-Мексико до 6 дюймов (150 мм) в год в южно-центральном Канзасе. [15]
Районы, лежащие над водоносным горизонтом Огаллала, являются одними из наиболее продуктивных регионов в Соединенных Штатах для разведения скота и выращивания кукурузы , пшеницы и соевых бобов . Успех крупномасштабного земледелия в районах, где не хватает осадков и не всегда есть постоянные поверхностные воды для отвода, во многом зависел от откачки грунтовых вод для орошения.
Ранние поселенцы полузасушливых Высоких равнин страдали от неурожаев из-за циклов засухи , кульминацией которых стал катастрофический Пыльный котел 1930-х годов. Только после Второй мировой войны , когда стало доступно центральное орошение , территория водоносного горизонта Высоких равнин превратилась в один из самых продуктивных в сельскохозяйственном отношении регионов мира.
Уровень грунтовых вод снижается, когда скорость забора воды путем орошения превышает скорость пополнения. Было измерено, что местами уровень грунтовых вод падал более чем на 5 футов (1,5 м) в год во время максимального забора воды. В крайних случаях требовалось углубление колодцев , чтобы достичь неуклонно падающего уровня грунтовых вод. В 21 веке признание значимости водоносного горизонта привело к увеличению освещения со стороны региональных и международных журналистов. [16] [17] [18] [19]
Практика сохранения воды ( террасирование и севооборот ), более эффективные методы орошения (центральное орошение и капельное орошение ) и сокращение площадей под орошением помогли замедлить истощение водоносного горизонта, но уровни, как правило, все еще падают в таких районах, как юго-запад Канзаса и Техас Панхандл. . В других районах, таких как части восточной и центральной Небраски и регион к югу от Лаббока, штат Техас , уровень воды поднялся с 1980 года.
Ирригатор с центральным шарниром был описан как «злодей» [20] в статье New York Times 2013 года «Высыхают колодцы, плодородные равнины превращаются в пыль», в которой рассказывается о неуклонном сокращении частей водоносного горизонта Огаллала. Шестьдесят лет интенсивного земледелия с использованием огромных ирригаторов с центральной осью привели к опустошению части водоносного горизонта Высоких равнин. [20] Для замены грунтовых вод в истощенном водоносном горизонте потребуются сотни и тысячи лет осадков. В Канзасе в 1950 году орошаемые пахотные земли занимали 250 000 акров (100 000 га); с применением кругового орошения было орошено почти три миллиона акров земли. [20] В некоторых местах в Техасе Панхандл уровень грунтовых вод был осушён (обезвожен). «Обширные участки сельскохозяйственных угодий Техаса, лежащие над водоносным горизонтом, больше не поддерживают орошение. В западно-центральном Канзасе до пятой части орошаемых сельскохозяйственных угодий на 100-мильной полосе (160 км) водоносного горизонта уже высохло». [20]
Система орошения с центральным шарниром считается высокоэффективной системой, которая помогает экономить воду. Однако к 2013 году, когда эффективность потребления воды ирригатором с центральным шарниром с годами улучшилась, фермеры предпочли сажать более интенсивно, орошать больше земель и выращивать более жаждущие культуры, а не сокращать потребление воды - пример парадокса Джевонса в упражняться. [20] Одним из подходов к сокращению количества используемых грунтовых вод является использование очищенной оборотной воды для орошения; Другой подход — перейти на культуры, которым требуется меньше воды, например, подсолнечник . [21]
Несколько рек, таких как Платт , протекают ниже уровня воды водоносного горизонта. Из-за этого реки получают сток подземных вод (основной сток), вынося его за пределы региона, а не пополняя водоносный горизонт.
Плотина озера Оптима в западной Оклахоме стоимостью 46,1 миллиона долларов оказалась бесполезной, когда падение уровня водоносного горизонта резко сократило сток реки Бивер , предполагаемого источника воды для озера. [22]
Истощение с 2001 по 2008 год включительно составляет около 32% совокупного истощения за весь ХХ век. [23] В Соединенных Штатах крупнейшими потребителями воды из водоносных горизонтов являются сельскохозяйственное орошение и добыча нефти и угля. [24] «Кумулятивное общее истощение подземных вод в Соединенных Штатах ускорилось в конце 1940-х годов и продолжалось с почти постоянной линейной скоростью до конца века. Помимо широко признанных экологических последствий, истощение подземных вод также отрицательно влияет на долгосрочную устойчивость запасов подземных вод для удовлетворения потребностей страны в воде». [23] По мнению Мэтью Сандерсона, профессора социологии в Университете штата Канзас , эти тенденции усугубляются системой сельскохозяйственных субсидий и налоговым кодексом США, которые поощряют чрезмерные инвестиции в технологии использования воды из-за однообразного производства . Робертсон предлагает реформы федеральной политики для увеличения стимулов к сохранению подземных вод, такие как поправки к Программе сохранения запасов , а также усиление ограничений на использование воды на уровне штата. [25]
С 1940-х годов в результате откачки из реки Огаллала водоносный горизонт в некоторых районах опустился более чем на 300 футов (90 м). Производители предприняли шаги, чтобы уменьшить свою зависимость от оросительной воды. Оптимизированные операции позволяют им получать значительно больший урожай, используя примерно то же количество воды, которое требовалось четыре десятилетия назад. Тем не менее, потери водоносного горизонта в период с 2001 по 2011 год равнялись трети его совокупного истощения за весь ХХ век. Огаллала пополняется в основном дождевой водой, но на самом деле ежегодно до водоносного горизонта достигает лишь около одного дюйма осадков. Количество осадков на большей части Высоких равнин Техаса минимально, испарение высокое, а скорость инфильтрации низкая. [26]
В 1990-е годы в водоносном горизонте содержалось около трех миллиардов акров футов грунтовых вод, используемых для орошения сельскохозяйственных культур, а также для питьевой воды в городских районах. Спрос на воду превышает ее восполнение. Уровень воды особенно снижается в Техасе и Нью-Мексико. По мнению историка Пола Х. Карлсона, почетного профессора Техасского технологического университета в Лаббоке , продолжающееся долгосрочное использование водоносного горизонта «проблемно и требует серьезной переоценки». [27]
В 2008 году TransCanada Corporation предложила построить трубопровод Keystone XL длиной 1661 милю (2673 км) для транспортировки нефти из нефтеносных песков Атабаски в Альберте на нефтеперерабатывающие заводы недалеко от Хьюстона, штат Техас . [28] [29] Предлагаемый маршрут трубопровода пересекает восточную часть Небраски Сандхиллс ; Противники этого маршрута ссылаются на риск для водоносного горизонта Огаллала, связанный с возможностью загрязнения разлитым разбавленным битумом . [30] [31]
Представители трубопроводной отрасли отметили, что тысячи миль существующих трубопроводов, транспортирующих сырую нефть и очищенные жидкие углеводороды, в течение многих лет пересекали водоносный горизонт Огаллала на юго-востоке Вайоминга, восточном Колорадо и Нью-Мексико, западной Небраске, Канзасе, Оклахоме и Техасе. [32] [33] [34] [35] [36] Нефтепровод Pioneer пересекает восток и запад через Небраску, а трубопровод Pony Express, который пересекает водоносный горизонт Огаллала в Колорадо, Небраске и Канзасе, переоборудовался в 2013 года с природного газа на сырую нефть в соответствии с разрешением Федеральной комиссии по регулированию энергетики . [37]
В качестве ведущего агентства в проекте трансграничного трубопровода Государственный департамент США заказал оценку воздействия на окружающую среду в соответствии с требованиями Закона о национальной экологической политике 1969 года . В Заявлении о воздействии на окружающую среду сделан вывод о том, что проект представляет небольшую угрозу «неблагоприятного воздействия на окружающую среду», [30] [38] отчет был составлен Cardno Entrix, компанией, которая помогала Государственному департаменту и Федеральной комиссии по регулированию энергетики в подготовке экологических заявления о воздействии на другие предлагаемые проекты TransCanada. Хотя «компании, претендующие на реализацию государственных проектов, обычно участвуют в назначении и оплате анализа воздействия», [39] некоторые противники проекта предположили, что может возникнуть конфликт интересов. В ответ на эту обеспокоенность Управление Генерального инспектора Государственного департамента провело расследование потенциального конфликта интересов. В отчете об этом расследовании за февраль 2012 года говорится, что конфликта интересов не существовало ни при выборе подрядчика, ни при подготовке заключения о воздействии на окружающую среду. [40]
Президент США Барак Обама «первоначально отверг проект трубопровода Keystone XL в январе 2012 года, заявив, что ему нужно больше времени для экологической экспертизы». [41] 17 февраля 2013 г. митинг на Национальной аллее собрал около 40 000 человек в знак протеста против Keystone XL. [41] В январе 2014 года Государственный департамент США опубликовал окончательное дополнительное заявление о воздействии на окружающую среду трубопровода Keystone для проекта Keystone XL , в котором был сделан вывод о том, что, согласно моделям, крупный разлив сырой нефти из трубопровода, достигший реки Огаллала, может распространиться на окружающую среду. на глубину до 1214 футов (370 м), а растворенные компоненты распространяются на расстояние до 1050 футов (320 м) дальше. [42]
В начале своего президентства президент США Дональд Трамп отменил решение президента США Барака Обамы, подписав в январе 2017 года меморандумы в поддержку трубопровода Keystone XL. [43] 20 января 2021 года президент Джо Байден подписал указ [44] отозвать разрешение [45] , выданное TC Energy Corporation на строительство трубопровода Keystone XL (Фаза 4). 9 июня 2021 года TC Energy отказалась от планов строительства трубопровода Keystone XL. [46] [47]
С 2010 года Район охраны подземных вод Норт-Плейнс, в который входят восемь округов к северу от Амарилло , включая округа Мур и Даллам , предложил ежегодный демонстрационный проект стоимостью 300 000 долларов США по экономии воды, которую фермеры перекачивают из водоносного горизонта Огаллала. Участвующие фермеры выращивают кукурузу, используя чуть более половины воды, которая им обычно требуется для орошения полей, или сажают на несколько недель позже, чем обычно. В проекте используются поворотные разбрызгиватели, а не более дорогое капельное орошение. По словам районного менеджера Стива Уолтура, сохранение окружающей среды имеет важное значение, учитывая снижение уровня водоносного горизонта. [48] Местная некоммерческая организация Ogallala Commons, названная в честь самого водоносного горизонта, которая не только сотрудничает и поддерживает местные коммуникации, также работает над сохранением водоносного горизонта Огаллала и прилегающей территории. [49] [50] [51]
В 2013 году в программе сохранения приняли участие одиннадцать фермеров, некоторые из которых сажали в сухую землю, а не в поливную почву. Они оставляют больше места между растениями — метод, который сохраняет влагу в течение более длительного периода времени. Датчики почвы позволяют фермерам собирать точную информацию об уровне влажности их посевов. Мотивация к экономии воды исходит из местных правил по добыче воды из водоносного горизонта. Геологическая служба США определила, что уровень воды в водоносном горизонте упал в Техасе больше, чем в любом другом штате бассейна. [48]
Фермеры на своей земле могут бесплатно брать воду из водоносного горизонта. Затраты на перекачку низкие, поскольку используемое топливо, природный газ , недорогое. Район Норт-Плейнс впервые установил ограничения на откачку в 2005 году, а четыре года спустя ужесточил их. Некоторые скважины теперь обязаны иметь счетчики. Еще одна проблема, стоящая перед районом, заключается в повышении цен на зерновые культуры [ когда? ] побудили некоторых засадить дополнительные поля и еще больше увеличить использование воды из водоносного горизонта. [48]
Район Норт-Плейнс впервые ввел ограничения на откачку в 2005 году и ужесточил их в 2009 году. В 2005 году он также начал поэтапно вводить требования к оборудованию некоторых скважин счетчиками. Оба шага вызвали в то время споры. Более крупный район подземных вод, расположенный к югу от Норт-Плейнс, Район охраны подземных вод Хай-Плейнс, включающий 16 округов, столкнулся с трудностями в попытках ввести требования к счетчикам и ограничениям на откачку. Чиновники Норт-Плейнс «просто были немного впереди», сказал Дэвид Брауэр, который управляет программой водоносного горизонта Огаллала в исследовательской лаборатории Министерства сельского хозяйства США в городе Панхандл в Бушленде. Группа из округа охраны подземных вод Мидл-Тринити, расположенного к юго-западу от Форт-Уэрта, в прошлом году посетила демонстрационное поле Гралла и осталась впечатленной. «Я знаю, что президент моего совета сказал, что было бы неплохо иметь возможность сделать что-то подобное здесь, дома», - сказал Джо Купер, генеральный менеджер округа Мидл-Тринити.
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь )
36°59′26″N 101°26′52″W / 36.99056°N 101.44778°W / 36.99056; -101.44778