Wpływ działalności człowieka – takiej jak emisja gazów cieplarnianych i wylesianie – na powierzchnię Ziemi został dobrze zbadany. Teraz badacze hydrologii z Uniwersytetu w Arizonie zbadali, w jaki sposób człowiek wpływa na głębokie podpowierzchnię Ziemi, strefę leżącą od setek metrów do kilku kilometrów pod powierzchnią planety.
„Przyjrzeliśmy się, jak tempo produkcji płynów przy użyciu ropy i gazu porównuje się z naturalnym obiegiem wody w tle i pokazaliśmy, jak człowiek wywarł duży wpływ na obieg płynów pod powierzchnią” – powiedziała Jennifer McIntosh, profesor na Wydziale UArizona Hydrologii i Nauk o Atmosferze oraz starszy autor artykułu w czasopiśmie Earth's Future szczegółowo opisującego ustalenia.
„Większość ludzi głęboko pod powierzchnią jest poza zasięgiem wzroku i umysłu, dlatego uznaliśmy, że ważne jest przedstawienie kontekstu proponowanym działaniom, zwłaszcza jeśli chodzi o nasz wpływ na środowisko” – powiedział główny autor badania Grant Ferguson, adiunkt profesor na Wydziale Hydrologii i Nauk o Atmosferze UArizona oraz profesor w Szkole Środowiska i Zrównoważonego Rozwoju Uniwersytetu Saskatchewan.
Z badania wynika, że w przyszłości te powodowane przez człowieka przepływy płynów będą się zwiększać wraz ze strategiami proponowanymi jako rozwiązania problemu zmiany klimatu. Do takich strategii należą: geologiczna sekwestracja węgla, która polega na wychwytywaniu i magazynowaniu atmosferycznego dwutlenku węgla w podziemnych skałach porowatych; produkcja energii geotermalnej, która polega na cyrkulacji wody przez gorące skały w celu wytworzenia energii elektrycznej; oraz ekstrakcja litu z podziemnej solanki bogatej w minerały do zasilania pojazdów elektrycznych. Badanie przeprowadzono we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu Saskatchewan w Kanadzie, Uniwersytetu Harvarda, Uniwersytetu Northwestern, Koreańskiego Instytutu Nauk o Ziemi i Zasobów Mineralnych oraz Uniwersytetu Linnaeus w Szwecji.
„Odpowiedzialne zarządzanie podziemiami ma kluczowe znaczenie dla wszelkich nadziei na ekologiczną transformację, zrównoważoną przyszłość i utrzymanie ocieplenia poniżej kilku stopni” – powiedział Peter Reiners, profesor na Wydziale Nauk o Ziemi UArizona i współautor badania.
McIntosh powiedział, że przy wydobyciu ropy naftowej i gazu ziemnego zawsze z głębi powierzchni wydobywa się pewna ilość wody, zazwyczaj soli fizjologicznej. Wody podziemne mają często miliony lat i nabywają zasolenia w wyniku odparowania starożytnej wody morskiej lub w wyniku reakcji ze skałami i minerałami. W celu bardziej wydajnego odzyskiwania ropy do słonej wody dodaje się więcej wody ze źródeł przypowierzchniowych, aby uzupełnić ilość usuniętej ropy i utrzymać ciśnienie w złożach. Wymieszana słona woda jest następnie ponownie wstrzykiwana pod powierzchnię. Staje się to cyklem wytwarzania płynu i ponownego wstrzykiwania go głęboko pod powierzchnię.
Ten sam proces zachodzi w przypadku wydobycia litu, produkcji energii geotermalnej i geologicznej sekwestracji węgla, w ramach których wykorzystuje się ponownie zatłaczane resztki słonej wody z podziemi.
„Pokazujemy, że szybkość wtrysku płynu lub szybkość ładowania w wyniku działalności związanej z ropą i gazem jest większa niż to, co występuje naturalnie” – powiedział McIntosh.
Wykorzystując istniejące dane z różnych źródeł, w tym pomiary ruchów płynów związane z wydobyciem ropy i gazu oraz zatłaczaniem wody do celów energii geotermalnej, zespół odkrył, że obecne natężenie ruchu płynów wywołane działalnością człowieka jest wyższe w porównaniu z ruchem płynów przed interwencją człowieka.
W miarę nasilania się działalności człowieka, takiej jak wychwytywanie i sekwestracja dwutlenku węgla oraz ekstrakcja litu, naukowcy przewidzieli również, w jaki sposób te działania mogą zostać odnotowane w zapisie geologicznym, czyli historii Ziemi zapisanej w skałach tworzących jej skorupę.
Działalność człowieka może zmienić nie tylko głębokie płyny podpowierzchniowe, ale także żyjące tam drobnoustroje, powiedział McIntosh. W miarę przemieszczania się płynów środowisko mikrobiologiczne może ulec zmianie w wyniku zmian w składzie chemicznym wody lub w wyniku wprowadzenia nowych społeczności drobnoustrojów z powierzchni Ziemi do podziemi.
Na przykład w przypadku szczelinowania hydraulicznego, czyli techniki stosowanej do rozbijania podziemnych skał za pomocą cieczy pod ciśnieniem w celu wydobycia ropy i gazu, w głębokiej formacji skalnej, w której wcześniej nie występowała żadna wykrywalna liczba drobnoustrojów, może nastąpić nagły rozkwit aktywności mikrobiologicznej.
Pozostaje wiele niewiadomych dotyczących głębokich podpowierzchni Ziemi i wpływu na nią działalności człowieka, dlatego ważne jest, aby kontynuować pracę nad tymi kwestiami, powiedział McIntosh.
„Musimy wykorzystać głębokie warstwy podpowierzchniowe jako część rozwiązania kryzysu klimatycznego” – powiedział McIntosh. „Jednak wiemy więcej o powierzchni Marsa niż o wodzie, skałach i życiu głęboko pod naszymi stopami”.