Aquífero
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Um aqüífero é uma camada subterrânea de rocha permeável a água, fraturas de rocha ou materiais não consolidados (cascalho, areia ou lodo). As águas subterrâneas dos aqüíferas podem ser extraídas usando um poço de água. Os aqüíferos variam muito em suas características. O estudo do fluxo de água nos aqüíferos e a caracterização dos aqüíferos é chamado de hidrogeologia. Os termos relacionados incluem Aquitard, que é um leito de baixa permeabilidade ao longo de um aqüífero, e aquiclude (ou aqüíforo), que é uma área sólida e impermeável subjacente ou subjacente a um aqüífero, cuja pressão poderia criar um aqüífero confinado. A classificação dos aqüíferos é a seguinte: saturada versus insaturada; aqüíferos versus aquitardas; confinado versus não confinado; isotrópico versus anisotrópico; poroso, cárstico ou fraturado; Aqüífero transfronteiriço.
Os desafios para o uso das águas subterrâneas incluem: Overdrafting (extraindo águas subterrâneas além do rendimento de equilíbrio do aqüífero), subsidência relacionada à água subterrânea de terra, água subterrânea se tornando salina, poluição das águas subterrâneas.
Propriedades
Profundidade
Os aqüíferos ocorrem de quase superfície a mais de 9.000 metros (30.000 pés). Os mais próximos da superfície não são apenas mais propensos a serem usados para abastecimento de água e irrigação, mas também têm maior probabilidade de serem reabastecidos por chuvas locais. Embora os aqüíferos sejam às vezes caracterizados como "rios ou lagos subterrâneos", eles são na verdade rocha porosa saturada de água.
Muitas áreas do deserto têm colinas de calcário ou montanhas dentro delas ou próximas a elas que podem ser exploradas como recursos de água subterrânea. Parte das montanhas do Atlas, no norte da África, o Líbano e o anti-Lebanon varia entre a Síria e o Líbano, o Jebel Akhdar em Omã, partes da Serra Nevada e faixas vizinhas no sudoeste dos Estados Unidos, têm aqüíferos rasos que são explorados para seus agua. A superexploração pode levar ao excedente do rendimento prático sustentado; ou seja, mais água é retirada do que pode ser reabastecido.
Ao longo das costas de certos países, como Líbia e Israel, o aumento do uso da água associado ao crescimento populacional causou uma redução do lençol freático e a subsequente contaminação da água subterrânea com água salgada do mar.
Em 2013, grandes aqüíferos de água doce foram descobertos em prateleiras continentais na Austrália, China, América do Norte e África do Sul. Eles contêm cerca de meio milhão de quilômetros cúbicos de água de "baixa salinidade" que podem ser economicamente processados em água potável. As reservas se formaram quando os níveis do oceano estavam mais baixos e a água da chuva entrou no solo em áreas terrestres que não foram submersas até a Era do Gelo terminar 20.000 anos atrás. O volume é estimado em 100 vezes a quantidade de água extraída de outros aqüíferos desde 1900.
Classificação
Um aquitard é uma zona dentro da terra que restringe o fluxo de águas subterrâneas de um aqüífero para outro. Às vezes, um aquitardo pode, se completamente impermeável, ser chamado de aquiclude ou aqüímero. Os aquitardos são compostos de camadas de argila ou rochas não porosas com baixa condutividade hidráulica.
Saturado versus insaturado
As águas subterrâneas podem ser encontradas em quase todos os pontos do subsolo superficial da Terra até certo ponto, embora os aqüíferos não contenham necessariamente água doce. A crosta da Terra pode ser dividida em duas regiões: a zona saturada ou a zona freática (por exemplo, aqüíferos, aquitardas etc.), onde todos os espaços disponíveis são preenchidos com água e a zona insaturada (também chamada de zona de vadose), onde lá lá lá ainda são bolsões de ar que contêm um pouco de água, mas podem ser preenchidos com mais água.
Saturato significa que a cabeça de pressão da água é maior que a pressão atmosférica (tem uma pressão de medidor> 0). A definição do lençol freático é a superfície onde a cabeça de pressão é igual à pressão atmosférica (onde pressão do medidor = 0).
Condições insaturadas ocorrem acima do lençol freático, onde a cabeça da pressão é negativa (a pressão absoluta nunca pode ser negativa, mas a pressão do medidor pode) e a água que preenche incompletamente os poros do material do aqüífero está sob sucção. O teor de água na zona insaturada é mantida em vigor por forças adesivas de superfície e sobe acima do lençol freático (o isobar de pressão de bobagem zero) por ação capilar para saturar uma pequena zona acima da superfície freática (a franja capilar) em menos do que pressão atmosférica. Isso é denominado saturação de tensão e não é o mesmo que a saturação em conteúdo da água. O teor de água em uma franja capilar diminui com o aumento da distância da superfície fraseada. A cabeça capilar depende do tamanho dos poros do solo. Em solos arenosos com poros maiores, a cabeça será menor que em solos argilosos com poros muito pequenos. O aumento capilar normal em um solo argiloso é inferior a 1,8 m (6 pés), mas pode variar entre 0,3 e 10 m (1 e 33 pés).
A ascensão capilar da água em um tubo de pequeno diâmetro envolve o mesmo processo físico. O lençol freático é o nível em que a água subirá em um tubo de grande diâmetro (por exemplo, um poço) que desce para o aqüífero e é aberto à atmosfera.
Aquíferos e aquitardos
Os aqüíferos são tipicamente regiões saturadas da subsuperfície que produzem uma quantidade economicamente viável de água a um poço ou mola (por exemplo, areia e cascalho ou rocha fraturada geralmente produzem bons materiais aqüíferos).
Um aquitard é uma zona dentro da terra que restringe o fluxo de águas subterrâneas de um aqüífero para outro. Um aquitardo completamente impermeável é chamado de aquiclude ou aquívia. Os aquitardos contêm camadas de argila ou rochas não porosas com baixa condutividade hidráulica.
Em áreas montanhosas (ou perto de rios em áreas montanhosas), os principais aqüíferos são tipicamente aluvium não consolidados, compostos por camadas principalmente horizontais de materiais depositados por processos de água (rios e riachos), que na seção transversal (observando uma fatia bidimensional do aqüífero) parecem ser camadas de materiais alternados grossos e finos. Os materiais grossos, devido à alta energia necessária para movê-los, tendem a ser encontrados mais próximos da fonte (frentes ou rios da montanha), enquanto o material de grão fino o levará mais longe da fonte (para as partes mais planas da bacia ou do bank overbanking áreas - às vezes chamado de área de pressão). Como existem menos depósitos de grão fino perto da fonte, este é um local onde os aqüíferos não são frequentemente confinados (às vezes chamados de área de Forebay) ou na comunicação hidráulica com a superfície da terra.
Confinado vs não confinado
Existem dois membros finais no espectro de tipos de aqüíferos; confinado e não confinado (com o semi-confinado no meio). Às vezes, os aqüíferos não confinados também são chamados de lençol freático ou aqüíferos freáticos, porque seu limite superior é o lençol freático ou a superfície freática. (Veja o aqüífero Biscayne.) Normalmente (mas nem sempre) o aqüífero mais raso em um determinado local não é confinado, o que significa que não possui uma camada confinante (um aquitardo ou aquiclude) entre ele e a superfície. O termo "empoleirado" refere-se a águas subterrâneas que se acumulam acima de uma unidade de baixa permeabilidade ou estratos, como uma camada de argila. Esse termo é geralmente usado para se referir a uma pequena área local de águas subterrâneas que ocorre em uma altitude superior a um aqüífero regionalmente extenso. A diferença entre aqüíferos empoleirados e não confinados é o tamanho (empoleirado é menor). Os aqüíferos confinados são aqüíferos que são cobertos por uma camada confinante, geralmente composta de argila. A camada de confinamento pode oferecer alguma proteção contra a contaminação da superfície.
Se a distinção entre confinada e não confinada não é clara geologicamente (ou seja, se não se sabe se existe uma camada de confinamento clara, ou se a geologia for mais complexa, por exemplo, um aqüífero de rocha fraturado), o valor da estoratividade retornou de um aqüífero O teste pode ser usado para determinar (embora os testes de aqüífero em aqüíferos não confinados devam ser interpretados de maneira diferente dos confinados). Os aqüíferos confinados têm valores de estoratividade muito baixos (muito menos que 0,01 e apenas 10 a 5), o que significa que o aqüífero está armazenando água usando os mecanismos de expansão da matriz aqüífero e a compressibilidade da água, que normalmente são quantidades bastante pequenas . Os aqüíferos não confinados têm estoratividades (normalmente chamadas de rendimento específico) maiores que 0,01 (1% do volume a granel); Eles liberam água do armazenamento pelo mecanismo de drenar os poros do aqüífero, liberando quantidades relativamente grandes de água (até a porosidade drenável do material do aqüífero ou o teor de água volumétrica mínima).
Isotrópico versus anisotrópico
Em aqüíferos isotrópicos ou camadas de aqüífero, a condutividade hidráulica (K) é igual para o fluxo em todas as direções, enquanto em condições anisotrópicas difere, principalmente no sentido horizontal (kh) e vertical (KV).
Os aqüíferos semi-confinados com um ou mais aquitardos funcionam como um sistema anisotrópico, mesmo quando as camadas separadas são isotrópicas, porque os valores compostos de kh e kv são diferentes (ver transmissividade hidráulica e resistência hidráulica).
Ao calcular o fluxo para drenos ou fluir para poços em um aqüífero, a anisotropia deve ser levada em consideração para que o projeto resultante do sistema de drenagem possa estar com defeito.
Poroso, cárstico ou fraturado
Para gerenciar adequadamente um aqüífero, suas propriedades devem ser entendidas. Muitas propriedades devem ser conhecidas por prever como um aqüífero responderá a chuvas, seca, bombeamento e contaminação. Onde e quanta água entra nas águas subterrâneas da chuva e do derretimento da neve? Quão rápido e em que direção a água subterrânea viaja? Quanta água deixa o chão como nascentes? Quanta água pode ser de forma sustentável? Com que rapidez um incidente de contaminação atingirá um poço ou primavera? Os modelos de computador podem ser usados para testar com que precisão a compreensão das propriedades do aqüífero corresponde ao desempenho real do aqüífero. Os regulamentos ambientais exigem locais com fontes potenciais de contaminação para demonstrar que a hidrologia foi caracterizada.
Porous
Os aqüíferos porosos geralmente ocorrem em areia e arenito. As propriedades porosas do aqüífero dependem do ambiente sedimentar deposicional e da cimentação natural posterior dos grãos de areia. O ambiente em que um corpo de areia foi depositado controla a orientação dos grãos de areia, as variações horizontais e verticais e a distribuição das camadas de xisto. Até camadas finas de xisto são barreiras importantes ao fluxo de águas subterrâneas. Todos esses fatores afetam a porosidade e a permeabilidade dos aqüíferos arenosos.
Os depósitos arenosos formados em ambientes marinhos rasos e em ambientes de dunas de areia soprada pelo vento têm permeabilidade moderada a alta, enquanto os depósitos de areia formados em ambientes fluviais têm permeabilidade baixa a moderada. As chuvas e o derretimento da neve entram nas águas subterrâneas onde o aqüífero está perto da superfície. As direções do fluxo das águas subterrâneas podem ser determinadas a partir de mapas de superfície potenciométricos dos níveis de água em poços e molas. Testes de aqüíferos e testes de poço podem ser usados com as equações de fluxo da lei de Darcy para determinar a capacidade de um aqüífero poroso de transmitir água.
Analisar esse tipo de informação sobre uma área fornece uma indicação de quantidade de água pode ser bombeada sem o excesso de operação e como a contaminação viajará. Nos aquíferos porosos, os fluxos de água subterrânea como infiltração lenta nos poros entre os grãos de areia. Uma taxa de fluxo de águas subterrâneas de 1 pé por dia (0,3 m/d) é considerada uma taxa alta para aqüíferos porosos, como ilustrado pela água que infiltra lentamente do arenito na imagem que o acompanha à esquerda.
A porosidade é importante, mas, sozinha, não determina a capacidade de uma rocha de atuar como um aqüífero. As áreas das armadilhas de Deccan (uma lava basáltica) na Índia Central Ocidental são bons exemplos de formações rochosas com alta porosidade, mas baixa permeabilidade, o que os torna aqüíferos pobres. Da mesma forma, o grupo de giz micro-poroso (superior do Cretáceo) do sudeste da Inglaterra, embora tendo uma porosidade razoavelmente alta, tenha uma permeabilidade baixa a grãos, com suas boas características de rendimento da água, principalmente devido a micro-frigar e fissuramento.
Karst
Os aqüíferos Karst normalmente se desenvolvem em calcário. As águas superficiais que contêm ácido carbônico natural se movem para pequenas fissuras em calcário. Esse ácido carbônico dissolve gradualmente o calcário, aumentando assim as fissuras. As fissuras aumentadas permitem entrar uma quantidade maior de água, o que leva a um aumento progressivo das aberturas. Pequenas aberturas abundantes armazenam uma grande quantidade de água. As aberturas maiores criam um sistema de conduítes que drena o aqüífero para as molas.
A caracterização de aqüíferos Karst requer exploração de campo para localizar buracos, swallets, fluxos afundados e molas, além de estudar mapas geológicos. Métodos hidrogeológicos convencionais, como testes de aqüífero e mapeamento potenciométrico, são insuficientes para caracterizar a complexidade dos aqüíferos Karst. Esses métodos convencionais de investigação precisam ser suplementados com traços de corante, medição de descargas de mola e análise da química da água. O rastreamento de corante da Pesquisa Geológica dos EUA determinou que os modelos convencionais de águas subterrâneas que assumem uma distribuição uniforme de porosidade não são aplicáveis a aqüíferos de karst.
Alinhamento linear de características da superfície, como segmentos de fluxo reto e poços, desenvolvem -se ao longo de traços de fratura. A localização de um poço em um traço de fratura ou interseção de traços de fratura aumenta a probabilidade de encontrar uma boa produção de água. Os vazios nos aqüíferos de karst podem ser grandes o suficiente para causar colapso destrutivo ou subsidência da superfície do solo que pode criar uma liberação catastrófica de contaminantes. A vazão das águas subterrâneas em aqüíferos Karst é muito mais rápida do que em aqüíferos porosos, como mostrado na imagem que o acompanha à esquerda. Por exemplo, no aqüífero de Barton Springs Edwards, os traços de corante mediram as taxas de fluxo de água subterrânea cársticas de 0,5 a 7 milhas por dia (0,8 a 11,3 km/d). As rápidas taxas de fluxo de águas subterrâneas tornam os aqüíferos cársticos muito mais sensíveis à contaminação das águas subterrâneas do que os aqüíferos porosos.
No caso extremo, as águas subterrâneas podem existir nos rios subterrâneos (por exemplo, cavernas subjacentes à topografia de cársicas.
FracturedSe uma unidade rochosa de baixa porosidade for altamente fraturada, também pode fazer um bom aqüífero (via fluxo de fissura), desde que a rocha tenha uma condutividade hidráulica suficiente para facilitar o movimento da água.
Aqüífero transfronteiriço
Quando um aqüífero transcende as fronteiras internacionais, o termo aqüífero transfronteiriço se aplica.
A Transboundariness é um conceito, uma medida e uma abordagem introduzida pela primeira vez em 2017. A relevância dessa abordagem é que as características físicas dos aqüíferos se tornam apenas variáveis adicionais entre o amplo espectro de considerações da natureza transfronteiriça de um aqüífero:
social (population);economic (groundwater productivity);political (as transboundary);available research or data;water quality and quantity;other issues governing the agenda (security, trade, immigration and so on).A discussão muda da questão tradicional de "O aqüífero é transfronteiriço?" Para "Quão transfronteiriço é o aqüífero?".
Os contextos socioeconômicos e políticos efetivamente sobrecarregam as características físicas do aqüífero, acrescentando seu valor geoestratégico correspondente (sua transboundariness)
Os critérios propostos por essa abordagem tentam encapsular e medir todas as variáveis em potencial que desempenham um papel na definição da natureza transfronteiriça de um aqüífero e de seus limites multidimensionais.
Uso humano de água subterrânea
A maioria das áreas terrestres na Terra tem alguma forma de aqüífero subjacente a eles, às vezes a profundidades significativas. Em alguns casos, esses aqüíferos estão rapidamente sendo esgotados pela população humana.
De todos os recursos naturais, as águas subterrâneas são o recurso mais extraído do mundo. Em 2010, os cinco principais países em volume de extração de águas subterrâneas foram Índia, China, EUA, Paquistão e Irã. A maioria das águas subterrâneas extraídas, 70%, é usada para fins agrícolas. As águas subterrâneas são a fonte de água doce mais acessada em todo o mundo, inclusive como água potável, irrigação e fabricação. A água subterrânea é responsável por cerca de metade da água potável do mundo, 40% de sua água de irrigação e um terço da água para fins industriais.
Os aqüíferos de água doce, especialmente aqueles com recarga limitada por neve ou chuva, também conhecidos como água meteórica, podem ser exagerados e, dependendo da hidrogeologia local, podem atrair água não potável ou intrusão de água salgada de aqüíferos conectados hidraulicamente ou água superficial corpos. Isso pode ser um problema sério, especialmente em áreas costeiras e outras áreas onde o bombeamento de aqüífero é excessivo. Em algumas áreas, a água subterrânea pode ficar contaminada por arsênico e outros venenos minerais.
Aquifers are critically important in human habitation and agriculture. Deep aquifers in arid areas have long been water sources for irrigation (see Ogallala below). Many villages and even large cities draw their water supply from wells in aquifers.Desafios
Os desafios para o uso das águas subterrâneas incluem: Overdrafting (extraindo águas subterrâneas além do rendimento de equilíbrio do aqüífero), subsidência relacionada à água subterrânea de terra, água subterrânea se tornando salina, poluição das águas subterrâneas.
Por país ou continente
África
O esgotamento do aqüífero é um problema em algumas áreas, especialmente no norte da África, onde um exemplo é o grande projeto do rio Manmade da Líbia. No entanto, novos métodos de gerenciamento de águas subterrâneas, como recarga artificial e injeção de águas superficiais durante períodos sazonais de chuva, prolongaram a vida útil de muitos aqüíferos de água doce, especialmente nos Estados Unidos.
Austrália
A grande bacia artesiana situada na Austrália é sem dúvida o maior aqüífero de águas subterrâneas do mundo (mais de 1,7 milhão de 2 km2 ou 0,66 milhão de metros quadrados). Ele desempenha um grande papel no suprimento de água para Queensland e algumas partes remotas do sul da Austrália.
Canadá
Os corpos de areia descontínuos na base da Formação McMurray na região de Athabasca Oil Sands, no nordeste de Alberta, Canadá, são comumente referidos como os aqüíferos basais de areia aquática (BWS). Saturados com água, eles estão confinados sob areias insaturacidas de betume que são exploradas para recuperar o betume para a produção de petróleo bruto sintético. Onde eles são profundos e a recarga ocorre a partir de formações devonianas subjacentes, são salinas e onde são rasas e recarregadas pelas águas superficiais, não são salinas. Os BWs normalmente apresentam problemas para a recuperação de betume, seja por mineração aberta ou por métodos in situ, como drenagem de gravidade assistida por vapor (SAGD) e em algumas áreas, são alvos para a injeção de água residual.
América do Sul
O aqüífero Guarani, localizado sob a superfície da Argentina, Brasil, Paraguai e Uruguai, é um dos maiores sistemas de aqüíferos do mundo e é uma fonte importante de água doce. Nomeado após o povo Guarani, cobre 1.200.000 km2 (460.000 m²), com um volume de cerca de 40.000 km3 (9.600 cu mi), uma espessura entre 50 e 800 m (160 e 2.620 pés) e uma profundidade máxima de cerca de 1.800 m (5.900 pés).
Estados Unidos
O aqüífero de Ogallala dos Estados Unidos central é um dos grandes aqüíferos do mundo, mas em lugares está sendo rapidamente esgotado pelo crescente uso municipal e pelo uso agrícola contínuo. Este enorme aqüífero, subjacente a partes de oito estados, contém principalmente água fóssil desde a época da última glaciação. A recarga anual, nas partes mais áridas do aqüífero, é estimada em totalizar apenas cerca de 10 % dos saques anuais. De acordo com um relatório de 2013 do United States Geological Survey (USGS), o esgotamento entre 2001 e 2008, inclusive, é de cerca de 32 % do esgotamento cumulativo durante todo o século XX ".
Nos Estados Unidos, os maiores usuários de água dos aqüíferos incluem irrigação agrícola e extração de petróleo e carvão. "A depleção total cumulativa de água subterrânea nos Estados Unidos acelerou no final da década de 1940 e continuou a uma taxa linear quase constante até o final do século. Além de conseqüências ambientais amplamente reconhecidas, a depleção das águas subterrâneas também afeta adversamente a sustentabilidade a longo prazo dos suprimentos de água subterrânea para ajudar a atender às necessidades de água do país ".
Um exemplo de um aqüífero de carbonato significativo e sustentável é o aqüífero Edwards no centro do Texas. Historicamente, esse aqüífero carbonato fornece água de alta qualidade para quase 2 milhões de pessoas e, até hoje, está cheia por causa da tremenda recarga de vários riachos, rios e lagos da área. O risco principal para esse recurso é o desenvolvimento humano nas áreas de recarga.