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化石水、化石地下水、または古水は、数千年の間、何らかの手つかずの空間に保持されていた古代の水、典型的には帯水層の地下水である。他の種類の化石水には、南極のボストーク湖などの氷河下湖が含まれる。ユネスコは、化石地下水を「通常数千年前に浸透し、しばしば現在とは異なる気候条件下で、その時から地下に蓄えられた水」と定義している。[1]
水が浸透してからの経過時間を決定するには、通常、同位体シグネチャの分析が必要です。特定の水が遠い昔から特定の空間を占めていたかどうかという「化石」状態を決定するには、帯水層の流れ、再涵養、および損失をモデル化する必要がありますが、これには大きな不確実性を伴う可能性があります。一部の帯水層は数百メートルの深さがあり、広大な土地の下にあります。この分野の研究技術は急速に発展しており、科学的知識の基盤は拡大しています。多くの帯水層の場合、水の年齢や帯水層内の水の挙動に関する研究が不足しているか、議論の余地があります。[2] [3]
再生可能性
化石水を含む大規模で豊富な帯水層（特にヌビア砂岩帯水層システムとオガララ帯水層）は、社会経済的に重要な価値がある。化石水はこれらの帯水層から抽出され、農業、工業、消費など、さまざまな目的で利用されている。乾燥地域では、利用可能で使用可能な水を含む一部の帯水層は、ほとんどまたはまったく補給されないため、これらの帯水層の地下水は事実上再生不可能な資源となっている。抽出率が補給率を上回ると、地下水位が低下し、地下水の枯渇につながる可能性がある。再生不可能な地下水資源の抽出は、その有限性から地下水「採掘」と呼ばれている。[4]
一般地質学
帯水層は、通常、半多孔質の岩石または非固結物質で構成され、その隙間は水で満たされています。比較的まれな被圧帯水層の場合、不浸透性の地質層 (粘土や石灰岩など) が帯水層を囲み、その内部の水を隔離します。隔離状態が数千年続くこともあります。より一般的には、化石水は、最近の地質学的歴史において気候が著しく湿潤であった乾燥地域または半乾燥地域で見つかります。一部の半乾燥地域では、降水の大部分が浸透して帯水層の大幅な涵養につながる前に蒸発してしまいます。
化石地下水のほとんどは、もともと完新世と更新世（1万～4万年前）に浸透したものと推定されています。化石地下水の中には、最終氷期極大期以降の氷の融解に関係するものもあります。地下水の年代測定は、次のような特定の安定同位体の濃度を測定することに依存しています。3
H（トリチウム）と18
O（「重い」酸素）の濃度を測定し、その値を地質学的過去の既知の濃度と比較する。[1]
化石水は、その母岩から多くのイオンを溶解し吸収する可能性があります。地下水の塩分濃度は海水よりも高くなることがあります。 [5]場合によっては、これらの水を人間の使用に適したものにするために何らかの処理が必要です。塩分化石帯水層には、大量の石油や[6] 天然ガスも貯蔵できます。[7]
注目すべき化石水域
オガララ帯水層
オガララ帯水層またはハイプレーンズ帯水層は、アメリカ合衆国の 8 州の450,000 km 2の地下にあります。これは世界最大の淡水鉱床の 1 つです。帯水層は未固結の沖積堆積物で構成されています。この帯水層の地下水は、最終氷期極大期後の湿潤期に堆積したものと推定されています。 [8]帯水層のほとんどの地域では、不浸透性のカルクリート層が降水の浸透を防いでいます。帯水層の他の地域では、比較的小さな涵養率が測定されています。[9]
帯水層は、その上に住む多くの人々や、広範囲にわたる農業用途に水を供給しています。多くの地域では、過剰な汲み上げにより地下水位が大幅に低下しています。枯渇率は安定しておらず、実際、ここ数十年で増加しています。[10]
ヌビア砂岩帯水層システム
ヌビア砂岩帯水層システムは、アフリカ北東部、スーダン、リビア、エジプト、チャドの4か国にまたがり、面積は約200万km2に及ぶ。この帯水層システムは、主に水力学的に相互接続された多数の砂岩帯水層から構成されている。帯水層の一部は、海底頁岩などの不浸透層により、多少の漏水はあるものの、閉じ込められていると考えられている。水は、地域によって異なるが、4,000年から20,000年前に堆積した。[11]
ヌビア砂岩帯水層システムの水は、その上に住む人々にとって、何千年もの間、非常に重要なものとなっています。需要が増大する現代において、急速な枯渇と国際紛争を回避するには、国境を越えた慎重な監視と計画が不可欠です。リビアとエジプトは現在、帯水層の化石水を大量に汲み上げて利用する開発プロジェクトを計画しています。
北アフリカ全域で他の化石帯水層も確認されています。
カラハリ砂漠の帯水層
カラハリ砂漠は、南アフリカ中央部（ボツワナ、ナミビア、南アフリカ）にあります。この地域の地質には、重要なカルスト地形が含まれています。この地域の降水のほとんどは、その下の帯水層の重要な補給に寄与する前に蒸発します。この地域の帯水層が重要な補給を受けるかどうかは、長い間議論と研究の対象となってきました。[12]カラハリ砂漠の北部地域では、洞窟砂岩の深い帯水層に、長期間にわたってほとんど漏れることなく閉じ込められていたことを示唆する同位体シグネチャが見つかりました。[13]
参照
参考文献
- ^ ab 「再生不可能な地下水資源：水政策立案者のための社会的に持続可能な管理に関するガイドブック；2006年」。unesco.org 。 2015年12月16日閲覧。
- ^ 「深海：研究者らがこれまで考えられていたよりも多くの物質を発見」。ニュース。 2023年5月9日閲覧。
- ^ マッキントッシュ、ジェニファーC.; ファーガソン、グラント（2021-03-16）。「地球の地殻における深部隕石水循環」。地球物理学研究レター。48 （ 5 ）。Bibcode ：2021GeoRL..4890461M。doi：10.1029/2020GL090461。ISSN 0094-8276 。
- ^ 「水文学用語集」nws.noaa.gov . 2015年12月16日閲覧。
- ^ 「地下水情報シート: 塩分」カリフォルニア州水資源管理委員会。http://www.waterboards.ca.gov/gama/docs/coc_salinity.pdf
- ^ Wilmoth, Adam (2015-11-29). 「Reading the Rock」. The Oklahoman . 2015-12-21閲覧– m.newsok.com/article/5463442 より。
- ^ 「地下天然ガス貯蔵の基礎 - 米国エネルギー情報局」eia.gov 。 2015年12月16日閲覧。
- ^ McKinney, Michael L.; Schoch, Robert; Yonavjak, Logan (2012-07-01).環境科学. Jones & Bartlett Publishers. ISBN 9781449628338。
- ^ 「米国における地下水の枯渇（1900～2008年）」。pubs.er.usgs.gov。doi : 10.3133/sir20135079 。2015年12月16日閲覧。
- ^ 「USGS High Plains Aquifer WLMS: 一般化された地質学と水文地質学」。ne.water.usgs.gov 。 2015年12月16日閲覧。
- ^ Thorweihe, Ulf (1998)。「ヌビア帯水層システムの地下水資源」。サハラ・サヘル観測所。
- ^ de Vries, JJ; Selaolo, ET; Beekman, HE (2000-11-30). 「カラハリにおける地下水涵養、古水文学的条件との関連」Journal of Hydrology . 238 (1–2): 110–123. Bibcode :2000JHyd..238..110D. doi :10.1016/S0022-1694(00)00325-5.
- ^ メイザー、E.ヴァーハーゲン、バーサス州;セルショップ、JPF;モンタナ州ジョーンズ。ネブラスカ州ロビンズ。ハットン、L.ジェニングス、CMH (1977)。 「カラハリ北部の地下水：ボツワナのオラパにおける水文学、同位体および化学的研究」。水文学ジャーナル。34 (3–4): 203–234。ビブコード:1977JHyd...34..203M。土井：10.1016/0022-1694(77)90132-9。