Menselijke activiteiten hebben een ernstige impact op de vloeistofstroom diep onder het aardoppervlak

De impact van menselijke activiteiten – zoals de uitstoot van broeikasgassen en ontbossing – op het aardoppervlak is goed bestudeerd. Nu hebben hydrologieonderzoekers van de Universiteit van Arizona onderzocht hoe mensen de diepe ondergrond van de aarde beïnvloeden, het gebied dat honderden meters tot enkele kilometers onder het aardoppervlak ligt.

“We hebben gekeken hoe de productiesnelheid van olie en gas zich verhoudt tot de natuurlijke watercyclus en hebben laten zien hoe mensen een aanzienlijke invloed hebben gehad op de circulatie van vloeistoffen in het binnenste van de aarde”, zegt Jennifer McIntosh, een professor aan de afdeling van de Universiteit van Arizona. PhD in Hydrologie en Atmosferische Wetenschappen en hoofdauteur van A papier In het tijdschrift De toekomst van de aarde Resultatendetails.

“Het diepe oppervlak is voor de meeste mensen uit het zicht en uit het hart, en we dachten dat het belangrijk was om enige context te bieden voor deze voorgestelde activiteiten, vooral als het gaat om onze gevolgen voor het milieu”, zegt hoofdauteur Grant Ferguson, een co-auteur van het onderzoek. -auteur. Hij is professor aan het Arizona Department of Hydrology and Atmospheric Sciences en professor aan de Faculteit Milieu en Duurzaamheid van de Universiteit van Saskatchewan.

Volgens de studie zullen naar verwachting de door de mens veroorzaakte vloeistofstromen in de toekomst toenemen, dankzij strategieën die worden voorgesteld als oplossingen voor de klimaatverandering. Deze strategieën omvatten: geologische koolstofafvang, dat wil zeggen het afvangen en opslaan van atmosferische kooldioxide in poreus ondergronds gesteente; Geothermische energieproductie, waarbij water door hete rotsen circuleert om elektriciteit op te wekken; En het winnen van lithium uit het mineraalrijke zoute water in de ondergrond om elektrische auto’s van stroom te voorzien. De studie werd uitgevoerd in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Saskatchewan in Canada, Harvard University, Northwestern University, het Korea Institute of Earth Sciences and Mineral Resources en Linnaeus University in Zweden.

“Verantwoord beheer van de ondergrondse laag is van fundamenteel belang voor elke hoop op een groene transitie, een duurzame toekomst en het beperken van de opwarming onder een paar graden”, zegt Peter Reiner, professor aan de afdeling Geowetenschappen van de Universiteit van Arizona en co-auteur. van de studie.

Bij de olie- en aardgasproductie is er altijd een voorraad water, meestal zout, dat diep uit de aarde komt, zei McIntosh. Grondwater is vaak miljoenen jaren oud en krijgt zijn zoutgehalte door de verdamping van oud zeewater of door de interactie met gesteenten en mineralen. Om olie efficiënter te extraheren, wordt meer water uit bronnen dichtbij het oppervlak aan de pekel toegevoegd om de hoeveelheid verwijderde olie te compenseren en de reservoirdruk op peil te houden. Het gemengde zoute water wordt vervolgens opnieuw in de grond geïnjecteerd. Dit wordt een cyclus waarbij de vloeistof wordt geproduceerd en opnieuw diep in de grond wordt geïnjecteerd.

Hetzelfde proces vindt plaats bij de extractie van lithium, de productie van geothermische energie en de geologische koolstofopslag, waarbij het resterende zoute water opnieuw uit de grond wordt geïnjecteerd.

“We hebben aangetoond dat de snelheid waarmee vloeistoffen worden geïnjecteerd of aangevuld door olie- en gasactiviteiten groter is dan wat er in de natuur gebeurt”, aldus McIntosh.

Met behulp van bestaande gegevens uit verschillende bronnen, waaronder metingen van vloeistofbewegingen gerelateerd aan olie- en gaswinning en geothermische waterinjectie, ontdekte het team dat de huidige snelheid van vloeistofbeweging veroorzaakt door menselijke activiteiten hoger is dan hoe vloeistoffen zich verplaatsten vóór menselijk ingrijpen.

Naarmate menselijke activiteiten zoals het afvangen en opslaan van koolstof en de extractie van lithium toenemen, anticiperen onderzoekers ook op de manier waarop deze activiteiten kunnen worden vastgelegd in het geologische record, dat wil zeggen de geschiedenis van de aarde zoals vastgelegd in de rotsen waaruit de korst bestaat.

Menselijke activiteiten hebben het potentieel om niet alleen diepe ondergrondse vloeistoffen te veranderen, maar ook de microben die daar leven, zei McIntosh. Terwijl vloeistoffen bewegen, kunnen microbiële omgevingen veranderen als gevolg van veranderingen in de waterchemie of door nieuwe microbiële gemeenschappen van het aardoppervlak naar de ondergrond te brengen.

Met hydraulisch breken, een techniek die wordt gebruikt om ondergronds gesteente te breken met behulp van vloeistoffen onder druk om olie en gas te winnen, kan een diepe rotsformatie die voorheen geen detecteerbare populatie microben had, een plotselinge toename van de microbiële activiteit teweegbrengen.

McIntosh zei dat er nog steeds veel onduidelijkheden zijn over de diepten van het binnenste van de aarde en hoe deze worden beïnvloed door menselijke activiteiten, en dat het belangrijk is om aan deze vragen te blijven werken.

“We moeten de diepe lagen onder het oppervlak gebruiken als onderdeel van de oplossing voor de klimaatcrisis”, zei McIntosh. “We weten echter meer over het oppervlak van Mars dan over het water, de rotsen en het leven diep onder onze voeten.”