Dans un endroit comme le Delaware, où il pleut fréquemment, l'eau est une ressource renouvelable. Les processus naturels reconstitueront l'eau utilisée ou consommée. Dans une région où la pluie n'est pas aussi abondante, comme la péninsule arabique, cependant, il est crucial de connaître la quantité d'eau de qualité disponible sous le désert aride dans ce que l'on appelle les aquifères fossiles, des aquifères qui stockent de l'eau plus ancienne.

Neil Sturchio de l'Université du Delaware, professeur au Département des sciences de la Terre du College of Earth de l'UD, Océan et Environnement, avec des collègues de plusieurs autres institutions, co-écrit un article dans le Journal d'hydrologie qui évalue l'âge, origine et durabilité des aquifères fossiles dans le système méga aquifère (MAS) de la péninsule arabique.

Le MAS sous-tend la plupart des vastes déserts de la péninsule arabique et est l'un des plus grands systèmes aquifères du monde aride, occupant le territoire de l'Arabie saoudite, Irak, Jordan, Oman, Yémen et Emirats Arabes Unis.

Sturchio a mené des études géochimiques et isotopiques qui ont permis de déterminer la qualité et l'âge de l'eau, qui a montré comment l'âge se rapporte à l'hydrologie et à l'histoire de l'aquifère.

Les mesures isotopiques sont des outils puissants pour tracer la source d'humidité d'un aquifère et le temps de séjour et le trajet d'écoulement des eaux souterraines, en particulier lorsqu'il est utilisé en conjonction avec des modèles d'écoulement numériques qui intègrent des mesures d'élévation de la nappe phréatique et les propriétés hydrauliques de l'aquifère.

Les rapports isotopiques de l'hydrogène et de l'oxygène de la molécule d'eau ont été utilisés pour tracer sa source d'humidité, et les isotopes radioactifs carbone-14 et chlore-36 ont été utilisés pour évaluer le temps de séjour souterrain (âge) de l'eau.

Connaître l'âge de l'eau dans les aquifères aide les scientifiques à comprendre à quelle vitesse ou lentement ils se rechargent, des informations vitales pour une gestion durable de l'utilisation de l'eau.

Sturchio a dit que cette étude était importante parce que cette région du monde n'a pas eu beaucoup de moderne, enquêtes de pointe menées pour montrer comment gérer efficacement leurs ressources.

"Leur population augmente donc ils connaissent tous les problèmes habituels liés au fait d'avoir beaucoup de monde et l'eau devient de plus en plus un problème, " dit Sturchio.

Eaux souterraines fossiles

Alors qu'une grande partie du paysage de la péninsule arabique reçoit moins de 25 millimètres de pluie par an, au cours des précédentes périodes climatiques plus humides, ces zones ont reçu des quantités plus élevées de précipitations, qui ont permis de recharger leurs aquifères.

Cette eau souterraine est désormais considérée comme fossile, mais dans les zones du MAS qui reçoivent des quantités plus élevées de précipitations - principalement les zones montagneuses de la partie sud du MAS qui sous-tend le désert du Rub Al Khali (RAK) - l'eau plus ancienne se mélange avec la nouvelle car les aquifères reçoivent une recharge moderne des précipitations.

Contrairement à la partie sud du MAS, qui, aux niveaux actuels d'extraction d'eau, peut être utilisé pour le développement d'une agriculture durable en Arabie saoudite, les sections centrale et nord de la MAS sont surexploitées en matière d'extraction des eaux souterraines.

Parce qu'ils montrent des signes de baisse sérieuse des niveaux d'eau, il est important de déterminer l'âge de l'eau pour montrer à quelle vitesse les aquifères se reconstituent. Cela aidera à identifier les emplacements et à développer des scénarios par lesquels les ressources peuvent être gérées de manière durable.

Détection d'eau à distance

En plus des mesures chimiques et isotopiques habituelles qui permettent de dater l'eau et de renseigner sur la qualité de l'eau, les chercheurs ont utilisé les observations de la mission satellite Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) lancée en 2002 par la National Aeronautics and Space Administration (NASA) des États-Unis et le Centre aérospatial allemand pour aider à évaluer les niveaux d'eau dans les aquifères.

Les satellites GRACE cartographient mensuellement les variations du champ de gravité global de la Terre. En utilisant les données des satellites, les chercheurs ont pu obtenir des calculs de bilan hydrique, détecter la variabilité du stockage de l'eau sur les bassins et discerner les taux de recharge et de décharge des aquifères.

"Année après année, vous pouvez comparer les mesures de gravité sur une certaine zone et voir comment elles évoluent. Toutes choses étant égales, la plupart des changements dans la gravité sont dus à l'ajout ou à la soustraction d'eau parce que rien d'autre ne change vraiment autant. Les rochers sont juste assis là, " a déclaré Sturchio. " Ces satellites gravimétriques sont sensibles au changement de volume des eaux souterraines. Si vous pompez trop vite, vous verrez que la quantité d'eau souterraine diminue progressivement."

En plus de la GRACE, les chercheurs ont également utilisé des données provenant de mesures de précipitations par satellite et ont mené des enquêtes sur le terrain sur le système aquifère RAK.

L'eau en voyage

Cette combinaison de télédétection, Des enquêtes géochimiques et sur le terrain ont également été utilisées pour déterminer d'où provenait l'eau, ainsi que la qualité de l'eau.

Ils ont examiné le chemin emprunté par l'eau pour atteindre certains aquifères et ont découvert que la majeure partie de l'eau suit un système de drainage d'ouest en est, recueillant les précipitations sur les collines de la mer Rouge et traversant la péninsule arabique.

"Nous avons pu voir que la majeure partie de l'eau sous le désert provient des montagnes de la partie ouest de l'Arabie saoudite et de la partie sud-ouest de la péninsule arabique, " dit Sturchio.

Les eaux souterraines situées plus loin dans la partie orientale du désert sont plus anciennes et isotopiquement différentes des eaux souterraines plus proches des collines de la mer Rouge, ce qui indique qu'il a été déposé des collines sous différentes conditions climatiques il y a de nombreuses années à l'époque du Pléistocène, une période qui a commencé il y a environ 2,6 millions d'années.

Il est également plus salé et impropre à la consommation et à des fins agricoles. Les eaux souterraines proviennent des montagnes grâce à la recharge des précipitations, passe ensuite à travers des formations rocheuses salées, ce qui rend l'eau des aquifères salée.

"C'est plus salé que l'eau de mer, et il ne peut être utilisé pour rien dans ce cas, " dit Sturchio, qui a ajouté que l'âge de l'eau dans la partie orientale de la péninsule arabique est d'environ un million d'années et plus.

Recommandations de durabilité

Après avoir déterminé l'âge et l'origine des aquifères fossiles, les chercheurs ont pu faire des recommandations sur la durabilité des ressources en eaux souterraines.

Dans les sections centre et nord du MAS, une extraction durable de l'eau peut être réalisée avec les arrangements actuels de culture et d'irrigation en réduisant l'extraction annuelle et en la maintenant plus conforme au taux auquel elle est partiellement reconstituée par les précipitations. Une autre option serait de remplacer les cultures gourmandes en eau, comme le blé et la luzerne, qui sont actuellement cultivées dans la région avec des cultures économes en eau comme les pommes de terre ou les betteraves à sucre.

Aux niveaux d'extraction actuels, les parties sud de la MAS peuvent être utilisées pour le développement d'une agriculture durable en Arabie saoudite et fournir un modèle reproductible et rentable pour la région.