Изотопная гидрология способствует устойчивому освоению запасов подземных вод Северной Африки

Запасы пресной воды — это не только то, что видно невооруженным глазом. Пресная вода видна в реках, озерах и ледниках, однако запасы пресных подземных вод часто остаются незамеченными.

Подземные воды залегают в пластах почвы, песка и породы, накапливаются в водоносных горизонтах и медленно перемещаются по ним. На долю подземных вод приходится 99 процентов пресной воды на Земле, и, по данным Организации Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО), от них зависит почти половина городского населения мира. Ожидается, что в свете последствий изменения климата эта зависимость от подземных вод будет расти.

«На распределение и доступность водных ресурсов влияют нестабильность режима осадков и частота экстремальных погодных явлений, а также проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды и интенсивным ведением сельского хозяйства», — объяснила изотопный гидролог МАГАТЭ Юлия Выставна. Это особенно характерно для засушливых и полузасушливых регионов Африки, где наблюдается высокая скорость испарения, выпадает мало осадков и которые в значительной степени зависят от запасов подземных вод. «Чтобы справиться с этими проблемами и дефицитом воды, нам необходимо иметь представление о водных ресурсах и рационально управлять ими», — добавила она.

Определение характеристик подземных вод

Северная Африка, где расположена пустыня Сахара, является одним из самых засушливых регионов на планете. «Тунис, который находится в самой северной части Африканского континента, подвержен колебаниям осадков и относится к странам, обладающим наименьшими водными ресурсами в Средиземноморье, — говорит директор Департамента геологической инженерии Рим Трабелси, который также работает в лаборатории радиоанализа и окружающей среды (ЛАРОС) Национальной инженерной школы Сфакса (ЭНИС) в Тунисе. — Именно поэтому подземные воды — это действительно самый надежный ресурс для устойчивого развития Туниса, и его население все больше зависит от снабжения водой из подземных источников».

Растущий масштаб использования подземных вод обусловил необходимость лучше понять связи между пополнением и расходом подземных вод — переходом воды с поверхности под землю и наоборот. «Управление подземными водами становится все более важным в связи с изменчивостью климата, из-за которой уровень подземных вод в течение года снижается, а также в связи с рисками для качества воды, связанными с ее загрязнением нитратами или засолением в результате интрузии морских вод», — говорит Рим Трабелси.

Изучая изотопы воды, ученые могут дать рекомендации по сохранению этого ресурса и управлению им. По количеству природных стабильных изотопов воды и других веществ определяются происхождение, движение, качество и возраст воды, а также выявляются источники загрязнения. Например, возраст воды, измеряемый концентрацией конкретных изотопов, может составлять от нескольких месяцев до миллионов лет. Возраст подземных вод играет важнейшую роль в прогнозировании наличия загрязняющих веществ и в понимании того, как быстро пополняются водоносные горизонты.

По словам Рима Трабелси, «молодые» подземные воды могут пополняться после осадков за счет поверхностных вод, но они могут также подвергаться загрязнению и влиянию меняющихся климатических условий, в то время как «старые» подземные воды, для пополнения которых требуется гораздо больше времени, менее подвержены загрязнению или влиянию изменений климата.

Растущие аналитические возможности

Как и во многих других научных областях, применение инструментов изотопной гидрологии и соответствующий анализ предполагают наращивание потенциала.

Когда Хамид Марах только начинал работать в области управления водными ресурсами в 1990-х годах в Марокко, пробы воды для анализа приходилось отправлять в страны, расположенные за пределами Африки. «В Африке не было лабораторий, которые могли бы анализировать состав стабильных изотопов, — говорит Хамид Марах, занимающий пост научного директора Национального центра ядерной энергии, науки и технологии (CNESTEN) в Марокко. — Благодаря помощи МАГАТЭ за эти годы возможности континента были расширены, и теперь у нас в Африке есть несколько лабораторий, которые могут проводить изотопный анализ с высокой степенью точности».

Благодаря программе технического сотрудничества МАГАТЭ и проектам координированных исследований инструменты изотопной гидрологии распространяются по всей Африке, позволяя ученым пользоваться запасами подземных вод, не истощая их. За последние десять лет почти половина проектов МАГАТЭ по адаптации к изменению климата, включая проекты по управлению водными ресурсами, была осуществлена в Африке. Такие страны, как Марокко и Тунис, играют ведущую роль в применении изотопных методов на всем континенте и на Ближнем Востоке.

С 2009 года ЛАРОС и CNESTEN являются региональными уполномоченными центрами АФРА, а в 2015 году CNESTEN стал центром сотрудничества МАГАТЭ, специализирующимся на оценке водных ресурсов и управлении ими. АФРА, или Африканское региональное соглашение о сотрудничестве при проведении исследований, разработок и при подготовке кадров в связанных с ядерной наукой и техникой областях, — это межправительственное соглашение, созданное африканскими странами для укрепления и расширения вклада ядерной науки и техники в социально-экономическое развитие на африканском континенте. ЛАРОС и CNESTEN регулярно готовят ученых со всей Африки и Ближнего Востока и провели тысячи изотопных анализов для национальных гидрологических исследований и проектов, которые осуществляются при содействии МАГАТЭ и направлены на решение проблем доступности и качества воды, связанных с водоносными горизонтами и бассейнами.

Например, в рамках исследования 2020 года ЛАРОС провела анализ проб подземных вод из водоносного горизонта в центрально-западном районе Туниса для измерения их химического и изотопного состава. В последние десятилетия расширение и развитие орошаемого сельского хозяйства привело к истощению запасов поверхностных вод. Данное исследование помогло определить пригодность подземных вод для питья и орошения, а также установить причины колебаний солености. Исследование, которое осуществлялось при содействии МАГАТЭ в рамках проекта координированных исследований, освещалось в научном журнале «Эгрикалча, экосистемс энд энвайронмент» в июне 2021 года.

Подробнее узнать о запасах подземных вод и их роли в адаптации к изменению климата и в смягчении его последствий можно будет на Международном симпозиуме МАГАТЭ по изотопной гидрологии, который состоится в Вене (Австрия) 3–7 июля 2023 года.