Почти 90% озер Северной Америки находятся в Канаде. Вот почему они составляют такую огромную часть местного ландшафта. Среди их многочисленных жизненно важных функций озера имеют важное значение для биоразнообразия территории и представляют собой незаменимые оазисы для отдыха и релаксации.
В современных условиях, когда климат меняется, а люди оказывают давление на окружающую среду различными способами, озера играют важную роль «стражей перемен». Поскольку они реагируют на изменения окружающей среды быстрее, чем окружающая их среда, озера могут служить индикаторами или даже системами раннего оповещения.
Канадские озера находятся под угрозой по многим направлениям. Угрозы варьируются от эвтрофикации и загрязнения до чрезмерного выкачивания водоносных горизонтов, которые их питают, и это лишь некоторые из них.
Из-за потенциально разрушительных последствий такого давления реакция озер на эти нагрузки и, в частности, роль, которую играют грунтовые воды в посредничестве в этих процессах, все чаще становятся предметом междисциплинарных исследований.
Исследования ученых из Университета Квебека в Монреале (UQAM) основаны на данных долгосрочного экспериментального мониторинга и на разработке моделей, описывающих, как эти среды функционируют как в текущих, так и в будущих климатических условиях.
В дополнение к наиболее очевидным компонентам водного баланса озера, определяемым притоками (т. е. осадками, потоками притоков и стоком) и оттоками (в частности, испарением и оттоками на выходе), подземные воды могут играть важную роль в обеспечении относительно стабильного водоснабжения озер.
Большинство озер тесно связаны с так называемыми водоносными горизонтами, т. е. геологическими образованиями, в которых циркулируют грунтовые воды. В зависимости от гидрогеологических свойств водоносных горизонтов и климатического контекста, в котором они находятся, связи между озерами и грунтовыми водами могут меняться во времени и пространстве.
В связи с этим особенно важно изучать водоносные слои, окружающие озера, чтобы иметь возможность количественно оценить их обмены. Поскольку исследователи не обязательно имеют доступ к этим подземным сетям, они разработали многочисленные методы, чтобы сделать это.
На первый взгляд может показаться невозможным измерить вклад грунтовых вод в озеро. Как можно отличить воду из недавних осадков от воды, которая была в водоносном горизонте? Методы оценки потоков грунтовых вод, которыми обмениваются озера и водоносные горизонты, бывают глобальными, прямыми или косвенными.
Глобальный подход, который относительно легко реализовать для количественной оценки вклада подземных вод в озеро, состоит, например, в оценке всех других членов водного баланса. Однако этот метод может привести к довольно значительным неточностям, т. е. неопределенность всех членов водного баланса распространяется на неопределенность оценки потока подземных вод.
Прямые измерения можно проводить с помощью так называемых измерителей просачивания , которые представляют собой резервуары, расположенные на отложениях на дне озера, которые постепенно заполняются грунтовыми водами (или опорожняются в случае озер, которые теряют воду в окружающий водоносный горизонт).
Объемы подземных вод измеряются и масштабируются для оценки вклада водоносного горизонта в озеро в целом. В зависимости от геологического и климатического контекста прямые измерения показали, что подземные воды могут вносить значительный вклад в водный баланс некоторых озер.
Использование косвенных трассеров основано на физико-химических свойствах воды. Например, когда грунтовые воды протекают через водоносный горизонт, они могут загрязняться радоном, благородным газом, образующимся при распаде урана, естественным образом присутствующего в горной породе. Наличие радона часто используется для оценки вклада грунтовых вод в озера.
Аналогично, когда грунтовые воды циркулируют в водоносном слое, они имеют относительно постоянную температуру, близкую к средней температуре воздуха. Поэтому вода в районах, где водоносный слой питает озеро, может быть холоднее летом или теплее зимой, чем вода в других частях озера.
Измерители просачивания и косвенные оценки потоков грунтовых вод, достигающих озера, основаны на точечных измерениях, которые не обязательно являются репрезентативными для обменов в озере в целом. По этой причине несколько методов часто применяются совместно, чтобы лучше ограничить измерения.
Благодаря нынешней широко распространенной мощности компьютеров, численные модели все чаще используются для дополнения измерений, проводимых в полевых условиях. Моделирование, проведенное с помощью этих моделей, может предсказать взаимодействие между грунтовыми водами и озерной водой в будущих климатических условиях.
Недавние исследования на юге Квебека показали, что будущие изменения температуры и осадков приведут к значительной неопределенности в подпитке грунтовых вод. В результате, уровни воды в озерах, которые зависят от такой подпитки, могут упасть, и эта проблема может усугубиться другими факторами, такими как повышенное испарение (из-за более высоких температур) и перекачивание питьевой воды для удовлетворения растущих потребностей населения.
Были выдвинуты различные предложения, чтобы помочь Канаде справиться с широко распространенным влиянием изменения климата на водные ресурсы. Политические решения должны основываться на исследованиях, и недавняя характеристика ресурсов подземных вод в Квебеке является важным первым шагом в правильном направлении.
Недавний прогресс в понимании того, как системы грунтовых вод реагируют на изменение климата, что является одной из областей интересов исследовательской группы в Университете Квебека в Монреале, поможет лучше направлять комплексные стратегии управления для защиты водных ресурсов.
