Wenn Sie dies lesen, sind Sie wahrscheinlich nicht wirklich haben um darüber nachzudenken, woher Ihr Trinkwasser kommt, wie Ihre Lebensmittel angebaut wurden oder welche Auswirkungen solche Prozesse auf die Umwelt hatten. Insbesondere in Bezug auf unser Trinkwasser bezieht etwa die Hälfte der US-Bevölkerung ihr Trinkwasserentweder öffentliche oder private Brunnen.
Wasserbrunnen werden in großem Umfang genutzt. Sie saugen Wasser aus unterirdischen Grundwasserleitern zur Verwendung in der Landwirtschaft oder für Trinkwasser. Wasser ist zwar lebenswichtig, aber viele Zivilisationen haben sich in Regionen der Welt entwickelt, die dies nicht tunZugang zu ausreichend Süßwasser haben.
Nehmen Sie zum Beispiel Kalifornien und einen Großteil der Südwesten der USA . Während diese Region eine der am dichtesten besiedelten des Landes ist, ist sie auch eine der wasserärmsten.
Kalifornien hat auch eine massive Agrarindustrie, was bedeutet, dass der Staat täglich und saisonal eine beträchtliche Menge Wasser benötigt. Das Wasser des Staates stammt in der Vergangenheit größtenteils aus gebohrten Brunnen, die Süßwasser aus begrenzten und nicht begrenzten Grundwasserleitern abpumpenunter der Oberfläche.
Dies ist weltweit eine weit verbreitete Praxis, aber Probleme treten auf, wenn die Menge an Wasser, die aus den Grundwasserleitern gepumpt wird, größer ist als die Menge an Wasser, die in die Grundwasserleiter fließt. Wenn ein Überpumpen auftritt, treten große unterirdische Bodenschwaden auf, die zuvor gesättigt warenmit Wasser werden nun dauerhaft ausgetrocknet gelassen.
Alle statischen und dynamischen Kräfte von Land und Gestein oben summieren sich und schließlich verdichtet sich der jetzt trockene Boden nach unten und unten. Dies scheint zwar im kleinen Maßstab keine große Sache zu sein, aber was wir gesehen habenKalifornien und auch andere Teile der Welt ist das Absinken der Oberflächenhöhe über einen Zeitraum von Jahren, oft um Hunderte von Fuß oder Metern.
Dieses Absenken des Bodenniveaus ist ein Aspekt eines Prinzips namens Landabsenkung . Schauen wir uns genauer an, was gerade passiert.
Was ist Landabsenkung?
Landabsenkung kann auftreten, wenn signifikante Teile von Grundwasser wird abgepumpt oder aus unterirdischem Gestein und Boden entfernt. Das zuvor wassergesättigte Gestein und der Boden, der jetzt trocken ist, beginnen sich unter den Kräften des darüber liegenden Gesteins zu komprimieren. Das Absinken des Bodens ist ein ziemlich langsamer Prozess und fällt im Allgemeinen nicht aufTag für Tag oder Minute für Minute, so wie es heißt, wäre ein Erdbeben.
Lokalisierte Absenkung ist auch das Prinzip, das beschreibt, warum ein Dolinenloch oder ein Schlagloch auftreten kann. Nur in diesen Fällen handelt es sich um eine weitaus lokalere Landabsenkung als die Art, die die Höhe einer gesamten Region senken würde.
Während das Absenken der Oberflächenhöhe in einer Region nicht sehr wichtig erscheint, ist es tatsächlich ziemlich kostspielig. Theoretisch ist das Absenken des Bodenniveaus in Ordnung, wenn es überall gleichmäßig auftritt, aber das ist nicht der Fall. Landabsenkung ist ein sehr variabler Prozess, der weitgehend auf der Bodenbeschaffenheit unter der Oberfläche basiert. Wenn ein Bereich hauptsächlich aus weichem Ton und der andere hauptsächlich aus Schlick besteht, werden sich die beiden Bereiche unterschiedlich schnell verdichten, selbst wenn sie benötigt werdendas gleiche Volumen erhöhen, wenn es mit Wasser gesättigt ist.
Da Böden aus unterschiedlichen Bestandteilen bestehen und unterschiedliche Formen und Größen von Partikeln aufweisen, bedeutet dies auch, dass unterschiedliche Böden unterschiedliche Mengen Wasser aufnehmen können. Im Garten ist dies ein Grund, warum Sie möglicherweise spezielle Blumenerde kaufen - um zu helfenDer Boden behält mehr oder weniger Feuchtigkeit.
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In der Geologie wirken sich diese unterschiedlichen Absorptionsraten darauf aus, wie Ingenieure Gebäudefundamente und Brunnen entwerfen. Grundwasserleiter .
Zurück zum Kernprinzip hier: Landabsenkung ist ein großes Problem, da dadurch der Boden mit sehr variablen und ungleichmäßigen Geschwindigkeiten sinkt. Wenn Strukturen auf der Oberfläche vorhanden sind, kann die Bewegung ausreichen, um Fundamente zu knacken, Brücken zusammenzubrechen.unterirdische Rohre knacken und sonst Chaos anrichten zivile Infrastruktur .
Menschen haben es jedoch ziemlich schwer, sich etwas vorzustellen, das im Laufe der Jahre passiert. Wenn Sie also etwas über Landabsenkungen lernen, können Sie sich am effektivsten Bilder ansehen, die die Auswirkungen dokumentieren. Vielleicht eines der bestenBerühmt ist die Absenkung, die im California Valley über einen Zeitraum von fünf Jahrzehnten stattgefunden hat. Als Warnung wird dieses Bild einige Bildläufe erfordern, aber es unterstreicht hoffentlich, wie stark die Landabsenkung sein kann.
Nachdem Sie das gesehen haben, haben Sie hoffentlich ein gewisses Verständnis dafür, wie stark die Landabsenkung durch Überpumpen von Grundwasserleitern sein kann. Man könnte sich als nächstes fragen, wie dies verfolgt und verhindert werden kann. Dabei werden wir hier nicht zu sehr darauf eingehenArtikel, die kurze Antwort ist, dass die Leitungsgremien den Wasserstand in Brunnen in einer Region verfolgen, um zu überwachen, ob mehr oder weniger Wasser vorhanden ist.
Wenn Anzeichen von Überpumpen zu erkennen sind, können die Ingenieure entweder weiter pumpen und die Auswirkungen des Absinkens bewältigen oder eine andere Wasserquelle finden.
Das folgende GIF ist eine Zusammenstellung von USGS-Bohrlochdaten in den USA, die den Wasserstand in ihrem Bohrlochnetz angeben. Diese Art von Daten ist eines der Tools, mit denen Ingenieure herausfinden, wie unterirdisches Wasser fließt, nachfüllt und sich auf andere Weise verhält.
Ingenieure verwenden auch Werkzeuge wie Verdichtungsaufzeichnungsgeräte, um die Änderung der Sedimentschichtdicken im Untergrund zu messen. Mit diesen Werkzeugen können Ingenieure anstelle der Messung des Wasserstandes die Bodeneffekte durch das Pumpen von Brunnen in einem bestimmten Bereich messen. Die folgende Abbildung zeigt aziemlich gute Arbeit zu erklären, wie das funktioniert.
Die schädlichen Auswirkungen von Überpumpen
Wir haben ein wenig darüber gesprochen, wie schädlich Überpumpen für Gebäude und Infrastruktur sein kann, aber dies ist nicht das einzige Problem beim Überpumpen, und wir haben auch nicht den vollen Umfang der auftretenden Infrastrukturprobleme erörtert.
Landabsenkung hat viele Kernprobleme, von denen die meisten so kurz zusammengefasst werden können - Landabsenkung kann dazu führen :
- Änderungen der Höhe und Neigung von Bächen und Oberflächenwassersystemen
- Schäden an Infrastrukturen wie Straßen, Brücken, Rohren, Dämmen und Abwasserkanälen
- Schäden an Oberflächengebäuden
- Ausfälle von Brunnen
- Das Eindringen von Chemikalien aus der Landwirtschaft
Eines dieser Probleme ist eine Änderung der natürlich vorkommenden Geographie, drei Änderungen der Infrastruktur und das letzte die Verschlechterung der Wasserqualität.
Konzentrieren wir uns auf die Wechsel zur Geographie Erstens. Wenn die Senkung den Pfad oder die Höhe über einen Bach ändert, kann dies die Durchflussrate erhöhen und in einem bestimmten Gebiet zu mehr Erosion führen, was das Überleben bestimmter Arten von Fischen und Pflanzen erschweren kannDies könnte sich wiederum auf das umgebende Ökosystem und sogar auf die menschliche Behausung auswirken.
Änderungen in der Geographie aufgrund von Landabsenkungen können sich auch auf Küstenregionen auswirken. Ein Haus, das einmal weit entfernt von der Flut gebaut wurde, kann sich plötzlich gefährlich nahe am Wasser befinden. Beachten Sie, dass sich dieser Effekt völlig von den klimabedingten Änderungen der Gezeiten unterscheidetVeränderung.
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Zurück zur ursprünglichen Liste der Probleme: Wir haben bereits eine angemessene Zeit damit verbracht, zu untersuchen, wie sich Änderungen am Boden auf die Oberflächen- und Untergrundinfrastruktur auswirken, diese beschädigen oder zerstören können. Daher werde ich diese meistens überspringenEffekte für weitere Erklärungen. Was jedoch ein neues Thema ist, ist die Diskussion darüber, wie Landabsenkungen tatsächlich unterirdisches Wasser verschmutzen können.
Insbesondere das Überpumpen von Brunnen kann dazu führen, dass Schadstoffkonzentrationen wie Arsen im Grundwasser in die Höhe schnellen.
Arsen ist eine natürlich vorkommende Chemikalie in der Natur. Im Laufe der Zeit wird Arsen durch Flüsse transportiert und in Ton abgelagert. Dies geschieht seit Millionen von Jahren und im Laufe der Zeit werden diese Tonschichten immer tiefer in die Erdkruste gedrückt.
Was am Ende aufgetreten ist, ist eine große Arsenkonzentration in tiefen Tonstrukturen, die normalerweise viel tiefer ist, als Brunnen jemals pumpen würden. Wann jedoch Brunnen sind überpumpt und wenn der Boden oben von Wasser befreit ist, beginnt der Brunnen, Wasser aus den darunter liegenden feinen Tonen zu ziehen, die hohe Arsenkonzentrationen aufweisen können, und bringt das Arsen mit.
Diese erhöhte Arsenkonzentration kann dann Pflanzen und Trinkwasser verschmutzen. Selbst geringe Arsenkonzentrationen wie z. 10 Milligramm pro Liter 8,3 Pfund pro Gallone sind schädlich und können eine erhöhte Rate an Krebs, Herzerkrankungen und Diabetes verursachen.
Letztendlich ist das Absinken des Bodens durch Überpumpen von Grundwasserleitern ein großes Problem in Regionen mit Wassermangel auf der ganzen Welt. Es ist auch ein Problem, das nicht einfach zu lösen ist, da Gesellschaften in erster Linie Wasser benötigenEs kann sehr schwierig sein, auf weniger wasserintensive Pflanzen oder Anbaumethoden umzusteigen, und man kann den Leuten nicht einfach sagen, dass sie kein Wasser trinken oder keine Pflanzen anbauen sollen.
Landabsenkung ist nur eines der faszinierenden Themen, die Bau- und Umweltingenieure Arbeiten Sie täglich an Lösungen, die für die Zukunft vieler Regionen auf der ganzen Welt von entscheidender Bedeutung sind.