Водоносный горизонт Огаллала ( oh-gə- LAH -lə ) — это неглубокий водоносный горизонт, окруженный песком, илом, глиной и гравием, расположенный под Великими равнинами в Соединенных Штатах. Как один из крупнейших в мире водоносных горизонтов, он залегает на площади около 174 000 кв. миль (450 000 км 2 ) в 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 его типовому местоположению 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 из-за кругового орошения и адаптации автомобильных двигателей для питания скважин грунтовых вод. [4] Сегодня около 27% орошаемых земель во всех Соединенных Штатах лежат над водоносным горизонтом, который дает около 30% грунтовых вод, используемых для орошения в Соединенных Штатах. [5] Водоносный горизонт находится под угрозой чрезмерного извлечения и загрязнения. С 1950 года сельскохозяйственное орошение сократило насыщенный объем водоносного горизонта примерно на 9%. После истощения водоносному горизонту потребуется более 6000 лет, чтобы естественным образом восполниться за счет осадков. [6]
Система водоносного горизонта снабжает питьевой водой 82% из 2,3 миллионов человек (перепись 1990 года), проживающих в границах исследуемой территории Высоких равнин. [7]
Отложение материала водоносного горизонта датируется двумя-шестью миллионами лет назад, с позднего миоцена до раннего плиоцена , когда южные Скалистые горы были еще тектонически активны. От возвышенностей на запад реки и ручьи прорезали каналы в общем направлении 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, образовав водоносную формацию Огаллала. [8] [9] В этом отношении процесс похож на те, которые в настоящее время преобладают в других современных реках этого района, таких как река Канзас и ее притоки. Основные различия — это время и глубина.
Глубина Огаллалы меняется в зависимости от формы преобладающей поверхности, будучи самой глубокой там, где она заполняет древние долины и каналы. Формация Огаллала в основном состоит из грубых осадочных пород в своих более глубоких секциях, которые переходят вверх в более мелкозернистый материал.
Водонасыщенная толщина формации Огаллала колеблется от нескольких футов до более 1000 футов. Ее самая глубокая часть составляет 1200 футов (300 м) и, как правило, 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. Современное пополнение водоносного горизонта пресной водой происходит чрезвычайно медленно, что позволяет предположить, что большая часть воды в его поровых пространствах является палеоводой , относящейся к последнему ледниковому периоду и, вероятно, более раннему.
Подземные воды в Огаллале обычно текут с запада на восток со средней скоростью фут в день. Гидравлическая проводимость , или способность жидкости (воды) перемещаться через пористый материал, колеблется от 25 до 300 футов (от 7,6 до 91,4 м) в день. [11] Качество воды в Огаллале варьируется от самого высокого качества для питья и орошения в северном регионе, в то время как в южном регионе было самое плохое. [12] Человеческие и природные процессы за последние 60-70 лет, включая плотность орошения, климат и применение азота, привели к более высоким концентрациям загрязняющих веществ, включая нитраты. Уровни нитратов в целом соответствуют стандартам качества воды USGS, но продолжают постепенно увеличиваться с течением времени. [12] Эта тенденция может повлиять на будущую устойчивость подземных вод для частей водоносного горизонта.
Водоносный горизонт — это резервуар для хранения грунтовых вод в круговороте воды . Хотя грунтовые воды являются возобновляемым источником, запасы пополняются относительно медленно. Геологическая служба США провела несколько исследований водоносного горизонта, чтобы определить, что поступает ( пополнение грунтовых вод с поверхности), что уходит (откачиваемая вода и базовый сток в ручьи), и каковы чистые изменения в хранении (подъем, падение или отсутствие изменений).
Геологическая служба США подсчитала, что общий объем запасов воды в 2005 году составил около 2 925 000 000 акро-футов (3 608 км 3 ). Изъятие из водоносного слоя Огаллала для орошения составило 26 км 3 (21 000 000 акро-футов) в 2000 году. С тех пор как в конце 1940-х годов началась крупная откачка грунтовых вод, перерасход из водоносного слоя Хай-Плейнс составил 332 000 000 акро-футов (410 км 3 ), что составляет 85% объема озера Эри. [13] Многие фермеры в Техасских Хай-Плейнс , которые в особенности зависят от грунтовых вод, теперь отказываются от орошаемого земледелия, поскольку расходы на откачку выросли, и они осознали опасность чрезмерной откачки. [14]
Скорость, с которой подпитываются грунтовые воды, ограничена несколькими факторами. Большая часть равнинного региона является полузасушливой , с устойчивыми ветрами, которые ускоряют испарение поверхностных вод и осадков. Во многих местах водоносный горизонт перекрыт в зоне аэрации неглубоким слоем каличе , который практически непроницаем ; это ограничивает количество воды, способной подпитывать водоносный горизонт с поверхности земли. Однако почва озер-плаев отличается и не покрыта каличе, что делает их одними из немногих областей, где водоносный горизонт может подпитываться. Разрушение плайя фермерами и освоение уменьшают доступную площадь подпитки. Распространенность каличе частично обусловлена быстрым испарением почвенной влаги и полузасушливым климатом; засушливость увеличивает количество испарения, что, в свою очередь, увеличивает количество каличе в почве. Оба механизма уменьшают количество подпиточной воды, которая достигает 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 юго-центральной части Канзаса. [15]
Регионы, залегающие над водоносным горизонтом Огаллала, являются одними из самых продуктивных регионов в Соединенных Штатах для разведения скота и выращивания кукурузы , пшеницы и сои . Успех крупномасштабного земледелия в районах, где не выпадает достаточно осадков и не всегда есть круглогодичные поверхностные воды для отвода, в значительной степени зависит от откачки грунтовых вод для орошения.
Ранние поселенцы полузасушливых Высоких равнин страдали от неурожаев из-за циклов засухи , кульминацией которых стал катастрофический Пыльный котёл 1930-х годов. Только после Второй мировой войны , когда стало доступно орошение с центральным кругом , земельный массив водоносной системы Высоких равнин превратился в один из самых сельскохозяйственно продуктивных регионов в мире.
Уровень грунтовых вод снижается, когда скорость извлечения воды путем орошения превышает скорость ее пополнения. В некоторых местах уровень грунтовых вод, как было измерено, падал более чем на 5 футов (1,5 м) в год во время максимального извлечения. В экстремальных случаях требовалось углубление скважин, чтобы достичь постоянно 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]
Практики водосбережения ( террасирование и севооборот ), более эффективные методы орошения (центральная круговая и капельная система ) и сокращение площади орошения помогли замедлить истощение водоносного горизонта, но уровень в целом все еще падает в таких областях, как юго-западный Канзас и Техасский Пэнхэндл . В других областях, таких как части восточной и центральной Небраски и регион к югу от Лаббока, Техас , уровень воды поднялся с 1980 года.
Центральная круговая ирригационная система была описана как «злодей» [20] в статье New York Times 2013 года «Колодцы высыхают, плодородные равнины превращаются в пыль», в которой рассказывалось о неумолимом упадке частей водоносного горизонта Огаллала. Шестьдесят лет интенсивного земледелия с использованием огромных центральных круговых ирригационных систем опустошили части водоносного горизонта Высоких равнин. [20] Для замены грунтовых вод в истощенном водоносном горизонте понадобятся сотни или тысячи лет осадков. В Канзасе в 1950 году орошаемые пахотные земли занимали 250 000 акров (100 000 га); при использовании центральной круговой ирригации было орошено почти три миллиона акров земли. [20] В некоторых местах в Техасском Пэнхэндле уровень грунтовых вод был осушен (осушен). «Огромные участки сельскохозяйственных угодий Техаса, лежащие над водоносным слоем, больше не поддерживают орошение. В западно-центральном Канзасе до одной пятой орошаемых сельскохозяйственных угодий вдоль 100-мильной полосы (160 км) водоносного слоя уже высохли». [20]
Система орошения с центральным кругом считается высокоэффективной системой, которая помогает экономить воду. Однако к 2013 году, поскольку эффективность потребления воды системой орошения с центральным кругом улучшилась с годами, фермеры решили сажать более интенсивно, орошать больше земли и выращивать более влаголюбивые культуры, а не сокращать потребление воды — пример парадокса Джевонса на практике. [20] Одним из подходов к сокращению количества используемых грунтовых вод является использование очищенной оборотной воды для орошения; другой подход заключается в переходе на культуры, требующие меньше воды, такие как подсолнечник . [21]
Несколько рек, например, Платт , протекают ниже уровня воды в водоносном горизонте. Из-за этого реки получают поток грунтовых вод (базисный сток), вынося его из региона, а не пополняя водоносный горизонт.
Плотина озера Оптима стоимостью 46,1 млн долларов в западной части Оклахомы оказалась бесполезной, когда падение уровня водоносного горизонта резко сократило сток реки Бивер , предполагаемого источника воды для озера. [22]
Истощение между 2001 и 2008 годами включительно составляет около 32% от совокупного истощения за весь 20-й век. [23] В Соединенных Штатах крупнейшими пользователями воды из водоносных горизонтов являются сельскохозяйственное орошение и добыча нефти и угля. [24] «Совокупное совокупное истощение подземных вод в Соединенных Штатах ускорилось в конце 1940-х годов и продолжалось почти с постоянной линейной скоростью до конца века. В дополнение к широко признанным экологическим последствиям, истощение подземных вод также отрицательно влияет на долгосрочную устойчивость запасов подземных вод, чтобы помочь удовлетворить потребности страны в воде». [23] По словам Мэтью Сандерсона, профессора социологии в Университете штата Канзас , эти тенденции усугубляются системой сельскохозяйственных субсидий и налоговым кодексом Соединенных Штатов, которые поощряют чрезмерные инвестиции в технологии использования воды из-за однообразия производства . Робертсон предлагает реформы федеральной политики для увеличения стимулов к сохранению грунтовых вод, такие как внесение поправок в Программу сохранения резервов , а также усиление ограничений на использование воды на уровне штата. [25]
Начиная с 1940-х годов, откачка из Огаллалы в некоторых районах привела к снижению водоносного слоя более чем на 300 футов (90 м). Производители предприняли шаги, чтобы сократить свою зависимость от оросительной воды. Оптимизированные операции позволяют им производить значительно большую урожайность, используя примерно то же количество воды, которое требовалось четыре десятилетия назад. Тем не менее, потери водоносного слоя между 2001 и 2011 годами составили треть его совокупного истощения за весь 20-й век. Огаллала пополняется в основном за счет дождевой воды, но фактически водоносного слоя достигает только около одного дюйма осадков в год. Количество осадков в большинстве Высоких равнин Техаса минимально, испарение высокое, а скорость инфильтрации низкая. [26]
В 1990-х годах водоносный горизонт содержал около трех миллиардов акро-футов грунтовых вод, используемых для орошения сельскохозяйственных культур, а также в качестве питьевой воды в городских районах. Спрос на воду превышает ее пополнение. Уровень воды особенно снижается в Техасе и Нью-Мексико. По словам историка Пола Х. Карлсона, почетного профессора Техасского технологического университета в Лаббоке , дальнейшее 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 нефтяных песков Атабаски в Альберте на нефтеперерабатывающие заводы недалеко от Хьюстона, штат Техас . [28] [29] Предлагаемый маршрут трубопровода пересекает восточную часть песчаных холмов Небраски ; противники маршрута ссылаются на риск для водоносного горизонта Огаллала, вызванный возможностью загрязнения разлитым разбавленным битумом . [30] [31]
Представители трубопроводной отрасли отметили, что тысячи миль существующих трубопроводов, транспортирующих сырую нефть и очищенные жидкие углеводороды, пересекали водоносный горизонт Огаллала в течение многих лет на юго-востоке Вайоминга, востоке Колорадо и Нью-Мексико, западе Небраски, Канзасе, Оклахоме и Техасе. [32] [33] [34] [35] [36] Нефтепровод Pioneer пересекает Небраску с востока на запад, а трубопровод Pony Express, пересекающий водоносный горизонт Огаллала в Колорадо, Небраске и Канзасе, был переведен с природного газа на сырую нефть в 2013 году по разрешению Федеральной комиссии по регулированию энергетики . [37]
Как ведущее агентство в проекте трансграничного трубопровода, Государственный департамент США заказал оценку воздействия на окружающую среду, как того требует Закон о национальной политике в области охраны окружающей среды 1969 года . В Заявлении о воздействии на окружающую среду сделан вывод о том, что проект представляет незначительную угрозу «неблагоприятного воздействия на окружающую среду», [30] [38] отчет был подготовлен компанией Cardno Entrix, которая помогала как Государственному департаменту, так и Федеральной комиссии по регулированию энергетики в подготовке заявлений о воздействии на окружающую среду для других предлагаемых проектов TransCanada. Хотя «обычно, что компании, подающие заявки на строительство государственных проектов, участвуют в назначении и оплате анализа воздействия», [39] несколько противников проекта предположили, что может быть конфликт интересов. В ответ на эту обеспокоенность Управление генерального инспектора Госдепартамента провело расследование потенциального конфликта интересов. В отчете этого расследования за февраль 2012 года говорится, что конфликта интересов не было ни при выборе подрядчика, ни при подготовке заявления о воздействии на окружающую среду. [40]
Президент США Барак Обама «первоначально отклонил трубопровод Keystone XL в январе 2012 года, заявив, что ему нужно больше времени для экологической экспертизы». [41] 17 февраля 2013 года митинг на Национальной аллее собрал около 40 000 человек в знак протеста против Keystone XL. [41] В январе 2014 года Государственный департамент США опубликовал свое Заключительное дополнительное заявление о воздействии на окружающую среду трубопровода Keystone для Исполнительного резюме проекта Keystone XL , в котором был сделан вывод о том, что, согласно моделям, крупный разлив сырой нефти из трубопровода, достигшего Огаллалы, может распространиться на расстояние до 1214 футов (370 м), а растворенные компоненты — на расстояние до 1050 футов (320 м) дальше. [42]
В начале своего президентства президент США Дональд Трамп отменил решение президента США Барака Обамы, подписав исполнительные меморандумы в поддержку трубопровода Keystone XL в январе 2017 года. [43] 20 января 2021 года президент Джо Байден подписал указ [44] об отзыве разрешения [45] , выданного TC Energy Corporation на трубопровод Keystone XL (Фаза 4). 9 июня 2021 года TC Energy отказалась от планов по трубопроводу Keystone XL. [46] [47]
С 2010 года округ по охране грунтовых вод Норт-Плейнс, который охватывает восемь округов к северу от Амарилло , включая округа Мур и Даллам , предложил ежегодный демонстрационный проект стоимостью 300 000 долларов по сохранению воды, которую фермеры выкачивают из водоносного горизонта Огаллала. Участвующие фермеры выращивают кукурузу, используя чуть более половины воды, которая им обычно требуется для орошения полей, или они сажают на несколько недель позже, чем обычно. В проекте используются круговые разбрызгиватели, а не более дорогое капельное орошение. По словам менеджера округа Стива Уолтура, сохранение 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, но и работает над сохранением водоносного горизонта Огаллала и прилегающей территории. [49] [50] [51]
Одиннадцать фермеров в 2013 году приняли участие в программе по сохранению, некоторые из них сажали в сухую землю, а не в политый грунт. Они оставляют больше места между растениями, что позволяет удерживать влагу в течение более длительного периода времени. Датчики почвы позволяют фермерам собирать точную информацию об уровне влажности их культур. Мотивация к экономии воды исходит из правил округа по извлечению воды из водоносного слоя. Геологическая служба США определила, что уровень воды в водоносном слое упал больше в Техасе, чем в любом другом штате бассейна. [48]
Фермеры на своих землях могут бесплатно забирать воду из водоносного слоя. Расходы на перекачку низкие, поскольку используемое топливо, природный газ , недорогое. Округ Норт-Плейнс впервые установил ограничения на перекачку в 2005 году и ужесточил правила четыре года спустя. Теперь некоторые скважины должны быть оснащены счетчиками. Еще одна проблема, с которой сталкивается округ, заключается в том, что более высокие цены на урожай [ когда? ] побудили некоторых засеять дополнительные поля и еще больше увеличить использование воды из водоносного слоя. [48]
Округ Норт-Плейнс впервые ввел ограничения на откачку воды в 2005 г. и ужесточил их в 2009 г. В 2005 г. он также начал поэтапно вводить требования об установке счетчиков на некоторых скважинах. Оба шага были спорными в то время. Более крупный округ по грунтовым водам к югу от Норт-Плейнс, 16-окружной округ по охране подземных вод Хай-Плейнс, боролся в своих попытках ввести требования по счетчикам и ограничения на откачку. Чиновники Норт-Плейнс «просто были немного впереди», сказал Дэвид Брауэр, который руководит программой водоносного горизонта Огаллала для исследовательской лаборатории Министерства сельского хозяйства США в городе Бушленд в Пэнхэндле. Группа из округа Middle Trinity Groundwater Conservation District, расположенного к юго-западу от Форт-Уэрта, в прошлом году отправилась посмотреть на демонстрационное поле Грэлла и осталась под впечатлением. «Я знаю, что президент моего совета сказал, что было бы здорово сделать что-то подобное здесь, дома», — сказал Джо Купер, генеральный менеджер округа Middle Trinity.
{{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь )
36°59′26″с.ш. 101°26′52″з.д. / 36,99056°с.ш. 101,44778°з.д. / 36,99056; -101,44778