Khi nhiệt độ tăng và hạn hán làm khô cạn các con sông và các sông băng trên núi tan chảy, con người ngày càng phụ thuộc vào nguồn nước dưới chân của họ. Nguồn nước ngầm hiện đang cung cấp nước uống cho gần một nửa dân số thế giới và khoảng 40% lượng nước được sử dụng để tưới tiêu trên toàn cầu.
Các cộng đồng sống dựa vào sông Colorado đang phải đối mặt với cuộc khủng hoảng nguồn nước sinh hoạt. Hồ Mead, hồ chứa lớn nhất của sông, đã giảm xuống mức chưa từng thấy kể từ khi nó được tạo ra bởi việc xây dựng đập Hoover khoảng một thế kỷ trước. Arizona và Nevada đang phải đối mặt với việc cắt giảm nước sinh hoạt bắt buộc lần đầu tiên của họ, trong khi nước đang được xả từ các hồ chứa khác để duy trì hoạt động của các nhà máy thủy điện trên sông Colorado.
Nếu ngay cả Colorado hùng vĩ và các hồ chứa của nó cũng không tránh khỏi nắng nóng và hạn hán, thì phương Tây sẽ lấy nước ở đâu?
Có một câu trả lời: dưới lòng đất. Điều mà nhiều người không nhận ra là nguồn nước ngầm này bao nhiêu tuổi và mức độ ô nhiễm, lượng nước đó là bao nhiêu.
Hầu hết nước được lưu trữ dưới lòng đất đã ở đó trong nhiều thập kỷ, và phần lớn trong số đó đã nằm trong hàng trăm, hàng nghìn hoặc thậm chí hàng triệu năm. Nước ngầm cũ hơn có xu hướng nằm sâu dưới lòng đất, nơi ít dễ bị ảnh hưởng bởi các điều kiện bề mặt như hạn hán và ô nhiễm.
Khi các giếng cạn dần cạn kiệt dưới áp lực phát triển đô thị, gia tăng dân số và biến đổi khí hậu, nguồn nước ngầm cũ ngày càng trở nên quan trọng.
Uống nước ngầm cổ xưa
Nước nằm dưới lòng đất hàng nghìn năm cũng có thể có vị khác. Nó rửa trôi các chất hóa học tự nhiên từ đá xung quanh, làm thay đổi hàm lượng khoáng chất của nó. Một số chất gây ô nhiễm tự nhiên có liên quan đến tuổi nước ngầm như lithium giúp cải thiện tâm trạng, có thể có những tác động tích cực. Các chất gây ô nhiễm khác, như sắt và mangan, có thể gây rắc rối.
Nước ngầm cũ đôi khi quá mặn không thể uống được mà không cần xử lý tốn kém. Vấn đề này có thể tồi tệ hơn ở gần các bờ biển: Việc xả quá mức tạo ra không gian có thể hút nước biển vào các tầng chứa nước và làm ô nhiễm nguồn cung cấp nước uống.
Nước ngầm cổ đại có thể mất hàng nghìn năm để bổ sung một cách tự nhiên. Và, như California đã chứng kiến trong đợt hạn hán 2011-2017, các không gian lưu trữ tự nhiên dưới lòng đất nén khi chúng trống rỗng, vì vậy chúng không thể nạp đầy lại dung lượng trước đó. Việc lu lèn này lần lượt khiến phần đất phía trên bị nứt, vênh và sụt lún.
Tuy nhiên, ngày nay người ta đang khoan các giếng sâu hơn ở phương Tây khi hạn hán làm cạn kiệt nước bề mặt và các trang trại phụ thuộc nhiều hơn vào nước ngầm.
Nước 'già' có nghĩa là gì?
Hãy tưởng tượng một trận mưa ở trung tâm California cách đây 15.000 năm. Khi cơn bão cuộn qua San Francisco, phần lớn lượng mưa rơi xuống Thái Bình Dương, nơi cuối cùng nó sẽ bốc hơi trở lại bầu khí quyển. Tuy nhiên, một số trận mưa cũng rơi vào sông hồ và trên vùng đất khô hạn. Khi mưa thấm qua các lớp đất, nó đi vào các “dòng chảy” nhỏ giọt từ từ xuống dưới đất.
Một số trong những con đường này dẫn tới nguồn nước sâu hơn, nơi nước đọng lại trong các kẽ hở trong nền móng hàng trăm mét dưới lòng đất. Nước tập trung trong các khu dự trữ dưới lòng đất này theo một nghĩa nào đó bị cắt ra khỏi chu trình hoạt động của nước, ít nhất là trên các khoảng thời gian liên quan đến cuộc sống của con người.
Tại Trung tâm Thung lũng khô cằn của California, phần lớn lượng nước cổ có thể tiếp cận được đã được bơm ra khỏi Trái đất, phần lớn là phục vụ nông nghiệp. Khi mà thời gian bổ sung tự nhiên sẽ theo thứ tự hàng thiên niên kỷ, nước thấm từ nông nghiệp đã lấp đầy một phần các tầng chứa nước bằng nước mới hơn thường bị ô nhiễm. Trên thực tế, những nơi như Fresno hiện đang tích cực làm đầy lại các tầng chứa nước bằng nước sạch (chẳng hạn như nước thải đã qua xử lý hoặc nước mưa) trong một quy trình được gọi là “ nạp lại tầng chứa nước có quản lý ”.
-
- Thời gian luân chuyển trung bình đối với nước ngầm ở Hoa Kỳ Alan Seltzer, dựa trên dữ liệu từ Befus và cộng sự 2017. (Ảnh: CC BY-ND)
Vào năm 2014, giữa đợt hạn hán tồi tệ nhất trong ký ức hiện đại, California trở thành bang miền tây cuối cùng thông qua luật yêu cầu các kế hoạch phát triển bền vững nguồn nước ngầm của địa phương. Nước ngầm có thể chống chọi với sóng nhiệt và biến đổi khí hậu, nhưng nếu chúng ta sử dụng hết, chúng ta sẽ gặp rắc rối.
Khoan sâu hơn để lấy nước tốt hơn tuy nhiên đây là cách làm không lâu dài.
-
- Bơm đẩy nhanh dòng nước ngầm đến giếng, cung cấp các hóa chất hòa tan. (Ảnh: USGS)
Đầu tiên, nó đắt: Các công ty nông nghiệp lớn và các công ty khai thác lithium có xu hướng trở thành loại nhà đầu tư có khả năng đào đủ sâu, trong khi các cộng đồng nông thôn nhỏ thì không.
Thứ hai, một khi bơm nước ngầm cổ đại, các tầng chứa nước cần thời gian để bổ sung. Các đường dẫn dòng chảy có thể bị gián đoạn, làm nghẹt nguồn cung cấp nước tự nhiên cho các con suối, đất ngập nước và sông. Trong khi đó, sự thay đổi áp suất dưới lòng đất có thể gây mất ổn định cho trái đất, khiến đất bị sụt lún và thậm chí dẫn đến động đất.
Thứ ba là sự ô nhiễm: Trong khi nước ngầm cổ sâu, giàu khoáng chất thường sạch hơn và an toàn hơn để uống so với nước ngầm nông hơn, trẻ hơn, nhưng việc xả quá mức có thể thay đổi điều đó. Khi các khu vực thiếu nước phụ thuộc nhiều hơn vào nước ngầm sâu, việc xả quá mức sẽ làm giảm mực nước ngầm và rút nguồn nước hiện đại bị ô nhiễm có thể trộn lẫn với nước cũ. Sự pha trộn này khiến chất lượng nước kém đi, dẫn đến nhu cầu sử dụng giếng ngày càng sâu.
Đọc lịch sử khí hậu trong mạch nước ngầm cổ đại
Có những lý do khác để quan tâm đến nước ngầm cổ đại. Giống như các hóa thạch thực tế, “nước ngầm hóa thạch” cực kỳ cũ có thể dạy chúng ta về quá khứ.
Hình dung lại trận mưa thời tiền sử của chúng ta: 15.000 năm trước, khí hậu khá khác so với ngày nay. Ngày nay người ta có thể phát hiện ra các hóa chất hòa tan trong nước ngầm cổ đại, mở cửa sổ vào thế giới trong quá khứ. Một số hóa chất hòa tan hoạt động như đồng hồ, cho các nhà khoa học biết tuổi của nước ngầm. Ví dụ, chúng ta biết cacbon-14 và krypton-18 phân rã nhanh như thế nào, vì vậy chúng ta có thể đo chúng để tính thời điểm nước tương tác lần cuối với không khí.
Nước ngầm nhỏ hơn đã biến mất dưới lòng đất sau những năm 1950 có một dấu hiệu hóa học độc đáo do con người tạo ra: hàm lượng tritium cao do thử nghiệm bom nguyên tử.
-
- Các thành phần và tính chất khác nhau của một tầng chứa nước không xác định. (Ảnh: USGS)
Các hóa chất hòa tan khác hoạt động giống như nhiệt kế nhỏ. Ví dụ, các khí như argon và xenon hòa tan trong nước lạnh nhiều hơn trong nước ấm, dọc theo một đường cong nhiệt độ đã biết chính xác. Một khi nước ngầm được cách ly với không khí, các khí quý hòa tan không có tác dụng gì nhiều. Kết quả là, chúng lưu giữ thông tin về điều kiện môi trường tại thời điểm nước lần đầu tiên thấm xuống bề mặt.
Nồng độ các khí trong nước ngầm hóa thạch đã cung cấp một số ước tính đáng tin cậy nhất của chúng ta về nhiệt độ trên đất liền trong thời kỳ băng hà cuối cùng. Những phát hiện như vậy cung cấp cái nhìn sâu sắc về khí hậu hiện đại, bao gồm cả nhiệt độ trung bình của Trái đất nhạy cảm như thế nào với carbon dioxide trong khí quyển. Các phương pháp này hỗ trợ một nghiên cứu gần đây cho thấy nhiệt độ nóng lên 3,4 độ C với mỗi lần tăng gấp đôi lượng carbon dioxide.
Quá khứ và tương lai của nước ngầm
Người dân ở một số vùng, như New England, đã uống nước ngầm cổ xưa trong nhiều năm mà ít có nguy cơ cạn kiệt nguồn cung cấp có thể sử dụng được. Lượng mưa thường xuyên và các nguồn nước khác nhau bao gồm nước mặt trong hồ, sông và băng tuyết, cung cấp các giải pháp thay thế cho nước ngầm và cũng làm đầy các tầng chứa nước bằng nước mới. Nếu các tầng chứa nước có thể theo kịp nhu cầu thì nước có thể được sử dụng lâu dài .
-
- Cách sử dụng và nạp nước phù hợp với chu trình thủy văn. (Ảnh: Bang California)
Tuy nhiên, ở phía Tây, hơn một thế kỷ sử dụng nước không được quản lý và có giá cắt cổ cao có nghĩa là một số nơi phụ thuộc nhiều nhất vào nước ngầm, những vùng khô cằn dễ bị hạn hán, đã làm lãng phí các nguồn nước cổ xưa từng tồn tại dưới lòng đất.
Một tiền lệ nổi tiếng cho vấn đề này là ở Great Plains. Ở đó, nguồn nước cổ xưa của Ogallala Aquifer cung cấp nước uống và tưới tiêu cho hàng triệu người và các trang trại từ Nam Dakota đến Texas. Nếu người ta bơm cạn tầng chứa nước này, thì sẽ mất hàng nghìn năm để đầy lại một cách tự nhiên. Đây là vùng đệm quan trọng chống lại hạn hán, tuy nhiên hệ thống thủy lợi và canh tác thâm canh đang làm giảm mực nước ở mức không bền vững.
Khi hành tinh ấm lên, nước ngầm cổ đại ngày càng trở nên quan trọng, cho dù chảy từ vòi bếp, tưới cây lương thực hay đưa ra những cảnh báo về quá khứ của Trái đất có thể giúp chúng ta chuẩn bị cho một tương lai không báo trước được điều gì sẽ xảy ra.
Ngọc Mai
