浸透と地下水

地下の淡水は、世界の湖と河川の淡水をすべて合わせた量の100倍以上あります。

地下の川ではない

地下水というと、洞窟の川や湖を思い浮かべる人も多いでしょう。石灰岩の地域にはそのようなものも少しありますが、大部分の地下水はまったく異なります。USGSは、スポンジの中の水にたとえています。砂や礫の粒の間の小さな隙間や、岩石の割れ目を満たしているのです。浜辺で穴を掘ると底に水がたまります。そこより下では砂が水で満たされている、という高さに達したのです。

地表から地下水面へ

浸透とは、雨が地面にしみ込むことです。一部は土壌水分として表層に残り、根に吸収されて、植物の蒸散によって大気へ戻ります。残りは、隙間に空気と水の両方がある層をさらに下へ進みます。水文学では、この下向きの移動を浸潤と呼びます。やがて、すべての隙間が水で満たされた深さに達します。この飽和帯の上面が地下水面で、モデルでは破線で示しています。

地下水面は平らではありません。地表ほど起伏は大きくありませんが、おおむね地形に沿って、丘の下では高く、谷の近くでは低くなります。地表と交わる場所には、泉、湿地、晴天が続いても流れの絶えない川ができます。井戸に水を供給できるほど十分に水を蓄え、通す岩石や堆積物を帯水層といいます。砂や礫はよい帯水層になります。粘土は水を蓄えますが、通す速さが非常に遅いため、障壁として働きます。

遅く、深く、大量に

重力と圧力によって、地下水は隙間を通り、下方や横方向へ流れます。USGSによると、地下水は地表へ戻り、河川や海へ流れ込んで、水の循環を続けます。動きが非常に遅いため、地下に何年も、さらには数千年もとどまることがあります。地下水は、氷に次いで大きな淡水の貯蔵場所です。USGSの表では、淡水の地下水は約1053万 km³で、淡水全体の30.1%を占め、湖と河川の淡水9万3100 km³の100倍以上あります。

そのため地下水は貴重である一方、使い方を誤りやすい資源です。NOAAによると、補充に長い時間がかかる水源もあり、雨が帯水層を満たすより速くくみ上げると、地下水面が下がり、井戸や泉が枯れ、地下水に依存する河川の流量が減ることがあります。もう一つのリスクは汚染です。燃料や肥料など、雨とともに地中へしみ込んだものは、地下水とともに何年も移動することがあります。

地下水がすべて淡水とは限りません。USGSの表では、地下水の約1287万 km³は塩水で、淡水より少し多くなっています。井戸は地下水面より下まで届くことで、周囲の隙間から穴へ水が流れ込みます。くみ上げると、井戸の周囲の水位が円錐状に下がります。多くの井戸が近接してくみ上げると、地域全体の地下水面が下がることもあります。海岸近くでは、海へ流れる淡水の地下水が下側の塩水に接しています。くみ上げすぎると、その塩水が井戸に引き込まれることがあります。