Les sources chaudes, qui peuvent puiser des eaux souterraines profondes, sont l’un des endroits à la surface où il y a des preuves que l’eau de pluie circule à des profondeurs de deux kilomètres et plus.
De nouvelles recherches doublent le volume d’eau salée de deux à 10 kilomètres sous la surface qui pourrait stocker les fluides résiduaires, séquestrer le carbone et orienter notre recherche de vie extraterrestre.
De nouvelles recherches font plus que doubler le volume estimé des anciennes eaux souterraines salées stockées au plus profond de la croûte terrestre.
Environ 24 millions de kilomètres cubes (5,8 miles cubes) d’eaux souterraines se trouvent dans les deux premiers kilomètres (1,2 miles) de la croûte terrestre. Cette eau souterraine peu profonde est ce que nous utilisons pour la boisson et l’irrigation, et c’est principalement de l’eau douce. Mais en dessous se trouvent de vastes réservoirs de saumure, dont certains ont des centaines de millions à plus d’un milliard d’années, enfermés dans les rochers. La question était : combien y a-t-il ?
Une nouvelle étude estime qu’il y a environ 20 millions de kilomètres cubes d’eaux souterraines profondes, soit assez pour remplir environ 4 800 Grand Canyons. Combinée aux estimations précédentes des eaux souterraines moins profondes, la nouvelle recherche révèle que l’eau souterraine est le plus grand réservoir d’eau sur terre, mesurant 44 millions de kilomètres cubes et dépassant le volume des calottes glaciaires de la Terre.
“Cette estimation élargit notre compréhension conceptuelle et pratique de la quantité d’eau que contient la Terre, et elle ajoute une toute autre dimension au cycle hydrologique”, a déclaré Grant Ferguson, hydrogéologue à l’Université de la Saskatchewan et auteur principal de la nouvelle étude. dans la revue AGU Lettres de recherche géophysique, qui publie des rapports courts à fort impact avec des implications immédiates couvrant toutes les sciences de la Terre et de l’espace.
Bien que ces eaux souterraines profondes ne puissent pas être utilisées pour la consommation ou l’irrigation, des estimations précises du volume et de la connectivité des eaux souterraines profondes sont nécessaires pour planifier en toute sécurité d’autres activités souterraines, telles que la production d’hydrogène, le stockage des déchets nucléaires et la séquestration du carbone. Les sites de stockage potentiels doivent être suffisamment grands et isolés des aquifères de surface pour éviter de contaminer les eaux souterraines utilisables et peu profondes.
En comparant les tailles relatives des réservoirs d’eau de la planète, les eaux souterraines – à la fois les eaux douces peu profondes et les eaux salées plus profondes – représentent environ 60% de l’eau sur terre, tandis que les calottes glaciaires sont proches de 40%. La nouvelle étude a approximativement doublé la taille du réservoir d’eau souterraine saline profonde. Crédit : AGU/Lettres de recherche géophysique
Parce que ces réservoirs profonds peuvent être déconnectés des aquifères peu profonds, à certains endroits, la saumure a été piégée pendant des périodes géologiques. En plus d’offrir un aperçu des conditions passées à la surface de la Terre, ces eaux anciennes peuvent également soutenir des écosystèmes microbiens encore actifs aujourd’hui. De telles communautés biologiques souterraines profondes informent la planification de la mission pour explorer des zones habitables potentielles ailleurs dans le système solaire.
Eau profonde et salée
Les scientifiques peuvent estimer le volume des eaux souterraines profondes en calculant la quantité d’eau que peuvent contenir différents types de roches, qui ont une porosité différente (quantité d’espace vide). Les estimations précédentes des eaux souterraines profondes entre deux et 10 kilomètres se concentraient uniquement sur les roches cristallines à faible porosité, comme le granit. La nouvelle étude a ajouté le volume des roches sédimentaires enfouies, qui sont plus poreuses que les roches cristallines, qu’ils ont estimées à environ 8 millions de kilomètres cubes. C’est environ 339 fois le volume du lac Baïkal.
Parce qu’une grande partie de cette eau souterraine est si profonde et souvent contenue dans des roches à très faible perméabilité, l’eau ne peut pas facilement circuler ou s’écouler vers la surface, la coupant largement du cycle hydrologique de la planète. L’eau salée peut être environ 25 % plus dense que l’eau de mer, ce qui rend très difficile le « rinçage » du système. Mais les zones à haute altitude près de la basse altitude peuvent avoir des différences de pression qui permettent aux eaux peu profondes de s’écouler à de plus grandes profondeurs, comme la pression de l’eau créée par le stockage de l’eau dans un château d’eau. Les eaux de surface susceptibles d’avoir circulé à plus de 2 kilomètres de profondeur n’ont été documenté dans quelques endroits en Amérique du Nord, avec la circulation la plus profonde près des montagnes Rocheuses dans le nord-ouest du Wyoming et le sud de l’Alberta.
Bien que vastes, ces eaux souterraines profondes ne résoudront pas les pénuries d’eau dans le monde. Il n’est pas possible de compter sur le dessalement de cette saumure et de l’utiliser comme source d’eau potable ou d’irrigation, selon les auteurs de l’étude.
“Nous avons toujours ce volume précieux et limité d’eaux souterraines sur la planète Terre que nous devons protéger”, a déclaré l’hydrologue Scott Jasechko de l’Université de Californie-Santa Barbara, qui n’était pas impliqué dans la nouvelle étude.
La vie trouve un chemin
Les eaux souterraines profondes sont importantes pour le stockage des fluides résiduaires de la production de pétrole et de gaz et pour la séquestration du carbone. En quantifiant mieux la taille de ces réservoirs profonds, ainsi que leur déconnexion des eaux souterraines moins profondes, les scientifiques peuvent déterminer lesquels sont les plus sûrs à utiliser pour le stockage souterrain à long terme.
Les nouvelles découvertes pourraient également aider à la recherche de vie extraterrestre en permettant aux scientifiques d’étudier des environnements similaires à ceux où des communautés microbiennes pourraient exister sur d’autres planètes. La vie microbienne peut survivre dans une variété d’environnements complexes, des conditions extrêmement acides aux températures élevées, et les profondeurs de la croûte terrestre ne font pas exception : des microbes ont été découverts jusqu’à 3,6 kilomètres (2,2 miles) dans la croûte continentale.
Pour Jennifer Biddle, microbiologiste à l’Université du Delaware qui n’a pas participé à l’étude, doubler les estimations des eaux souterraines profondes signifie également doubler la taille potentielle de l’énigmatique biosphère microbienne profonde.
“Si vous avez de l’eau liquide, il y a de fortes chances qu’il y ait des microbes là-bas”, a déclaré Biddle. Les organismes souterrains survivent essentiellement sur l’eau et les roches plutôt que sur l’eau et la lumière du soleil. « Dans ces systèmes microbiens, ils sont capables de vivre de [chemicals]. Tant qu’il y a des produits chimiques autour qu’ils peuvent assembler de manière à produire de l’énergie, les microbes peuvent l’utiliser pour la vie.
Cette flexibilité signifie que des microbes martiens pourraient se cacher dans les eaux souterraines profondes de la croûte terrestre de la planète rouge, si elles se trouvent là-bas.
« S’il y a des eaux souterraines profondes sur Mars, il est tout à fait possible que si Mars était habitée dans le passé, ces eaux souterraines profondes pourraient potentiellement contenir des microbes résiduels », a déclaré Biddle. “Les habitats d’eaux souterraines profondes pourraient donc être d’excellents analogues pour d’autres corps planétaires comme Mars ou Encelade – une lune de Saturne– qui a certainement de l’eau profonde.
Référence : « Crustal Groundwater Volumes Greater Than Previously Thought » par Grant Ferguson, Jennifer C. McIntosh, Oliver Warr, Barbara Sherwood Lollar, Christopher J. Ballentine, James S. Famiglietti, Ji-Hyun Kim, Joseph R. Michalski, John F. Moutarde, Jesse Tarnas et Jeffrey J. McDonnell, 9 août 2021, Lettres de recherche géophysique.
DOI : 10.1029/2021GL093549
Auteurs:
- Grant Ferguson (auteur correspondant), Department of Civil, Geological and Environmental Engineering, Global Institute for Water Security, et School of Environment and Sustainability, University of Saskatchewan, Saskatoon, SK, Canada; et hydrologie et sciences de l’atmosphère, Université d’Arizona, Tucson, AZ, États-Unis
- Jennifer McIntosh, Département de génie civil, géologique et environnemental, Université de la Saskatchewan, Saskatoon, SK, Canada et Hydrologie et sciences atmosphériques, Université de l’Arizona, Tucson, AZ, États-Unis
- Oliver Warr, Département des sciences de la Terre, Université de Toronto, Toronto, ON, Canada
- Barbara Sherwood Lollar, Département des sciences de la Terre, Université de Toronto, Toronto, ON, Canada
- Christopher J. Ballentine, Département des sciences de la Terre, Université d’Oxford, Oxford, Royaume-Uni
- James S. Famiglietti, Global Institute for Water Security, University of Saskatchewan, Saskatoon, SK, Canada et School of Environment and Sustainability, University of Saskatchewan, Saskatoon, SK, Canada
- Ji-Hyun Kim, Hydrologie et sciences de l’atmosphère, Université d’Arizona, Tucson, AZ, États-Unis
- Joseph R. Michalski, Division des sciences de la Terre et des planètes, Université de Hong Kong, Hong Kong, Chine
- John F. Mustard, Department of Earth Environmental and Planetary Sciences, Brown University, Providence, RI, États-Unis
- Jesse Tarnas, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, Californie, États-Unis
- Jeffrey J. McDonnell, Global Institute for Water Security et School of Environment and Sustainability, University of Saskatchewan, Saskatoon, SK, Canada, School of Resources and Environmental Engineering, Ludong University, Yantai, Chine, et School of Geography, Earth and Environmental Sciences , Université de Birmingham, Birmingham, Royaume-Uni
