Effekten av mänskliga aktiviteter – som utsläpp av växthusgaser och avskogning – på jordens yta har studerats väl. Nu har hydrologiforskare från University of Arizona undersökt hur människor påverkar jordens djupa underyta, en zon som ligger hundratals meter till flera kilometer under planetens yta.
"Vi tittade på hur hastigheten för vätskeproduktion med olja och gas jämförs med naturlig bakgrundscirkulation av vatten och visade hur människor har haft en stor inverkan på cirkulationen av vätskor i underytan", säger Jennifer McIntosh, professor vid UArizona-avdelningen of Hydrology and Atmospheric Sciences och senior författare till en artikel i tidskriften Earth's Future detaljer om resultaten.
"Den djupa underytan är utom synhåll och utom sinnet för de flesta, och vi tyckte att det var viktigt att ge ett sammanhang till dessa föreslagna aktiviteter, särskilt när det kommer till vår miljöpåverkan", säger studieförfattaren Grant Ferguson, en adjungerad studieledare. professor vid UArizona Department of Hydrology and Atmospheric Sciences och professor vid University of Saskatchewans School of Environment and Sustainability.
I framtiden förväntas dessa mänskligt inducerade vätskeflöden öka med strategier som föreslås som lösningar för klimatförändringar, enligt studien. Sådana strategier inkluderar:geologisk kolbindning, som fångar upp och lagrar atmosfärisk koldioxid i underjordiska porösa bergarter; geotermisk energiproduktion, vilket innebär att cirkulera vatten genom heta bergarter för att generera elektricitet; och litiumextraktion från underjordisk mineralrik saltlösning för att driva elfordon. Studien har gjorts i samarbete med forskare från University of Saskatchewan i Kanada, Harvard University, Northwestern University, Korea Institute of Geosciences and Mineral Resources och Linnéuniversitetet i Sverige.
"Ansvarsfull förvaltning av underytan är central för alla hopp om en grön omställning, hållbar framtid och att hålla uppvärmningen under några grader", säger Peter Reiners, professor vid UArizonas avdelning för geovetenskap och medförfattare till studien.
Med olje- och naturgasproduktion finns det alltid en viss mängd vatten, vanligtvis saltlösning, som kommer från den djupa underytan, sa McIntosh. Det underjordiska vattnet är ofta miljontals år gammalt och får sin salthalt antingen genom avdunstning av gammalt havsvatten eller från reaktion med stenar och mineraler. För effektivare oljeutvinning tillsätts mer vatten från källor nära ytan till saltvattnet för att kompensera för mängden olja som avlägsnas och för att upprätthålla reservoartrycket. Det blandade saltlösningsvattnet återinjiceras sedan i underytan. Detta blir en cykel för att producera vätska och återinjicera den till den djupa underytan.
Samma process sker vid litiumutvinning, geotermisk energiproduktion och geologisk kolbindning, vars verksamhet involverar överblivet saltvatten från underjorden som återinjiceras.
"Vi visar att vätskeinsprutningshastigheten eller påfyllningshastigheten från dessa olje- och gasaktiviteter är högre än vad som sker naturligt", sa McIntosh.
Med hjälp av befintliga data från olika källor, inklusive mätningar av vätskerörelser relaterade till olje- och gasutvinning och vatteninjektioner för geotermisk energi, fann teamet att de nuvarande vätskerörelsehastigheterna som induceras av mänskliga aktiviteter är högre jämfört med hur vätskor rörde sig före mänsklig intervention.
När mänskliga aktiviteter som kolavskiljning och -bindning och litiumextraktion ökar, förutspådde forskarna också hur dessa aktiviteter kan registreras i det geologiska rekordet, vilket är jordens historia som registrerats i klipporna som utgör dess skorpa.
Mänskliga aktiviteter har potential att förändra inte bara de djupa vätskorna under ytan utan också mikroberna som lever där nere, sa McIntosh. När vätskor rör sig kan mikrobiella miljöer förändras genom förändringar i vattenkemin eller genom att föra nya mikrobiella samhällen från jordens yta till underjorden.
Till exempel, med hydraulisk sprickbildning, en teknik som används för att bryta underjordiska stenar med trycksatta vätskor för att utvinna olja och gas, kan en djup bergsformation som tidigare inte hade något detekterbart antal mikrober få en plötslig blomning av mikrobiell aktivitet.
Det finns fortfarande mycket okänt om jordens djupa underyta och hur den påverkas av mänskliga aktiviteter, och det är viktigt att fortsätta arbeta med dessa frågor, sa McIntosh.
"Vi måste använda den djupa underytan som en del av lösningen för klimatkrisen," sa McIntosh. "Ändå vet vi mer om Mars yta än om vatten, stenar och liv djupt under våra fötter."
Mer information: Grant Ferguson et al, Acceleration of Deep Subsurface Fluid Fluxes in the Anthropocene, Earth's Future (2024). DOI:10.1029/2024EF004496
Journalinformation: Jordens framtid
Tillhandahålls av University of Arizona
