Jordklodens lange og buktende kystsone er svært sårbar. Her bor mer enn halvparten av verdens befolkning, inne på land ligger store arealer som er underlagt intensivt jordbruk, rett utenfor kystlinjen blir rike fiskeressurser tatt i bruk, og i et ganske smalt belte finner vi de fleste av verdens økonomiske og industrielle virksomheter. Med dette følger også store miljøbelastninger, og et stadig økende behov for ferskvann.
Nyere kunnskap viser heldigvis at det i den samme kystsonen ligger enorme grunnvannsreservoarer. Noen av dem finnes på land, mens andre – og de kan være gigantiske – finnes under havet.
Submarin hydrogeologi er derfor på god vei til å bli et nytt, spennende og nyttig fagfelt.
Når vi får kartlagt og tatt i bruk de submarine grunnvannsreservoarene, kan vannproblemene i mange land reduseres vesentlig, for ikke å si elimineres. Det gir håp i velutviklete områder der grunnvannet trues av tilgrising og saltvannsinntrengning, men også til mennesker som i dag lever i stor fattigdom uten tilgang på livsnødvendig, rent vann.
Undersjøiske kilder
Geografiens far, grekeren Strabo, beskrev den praktiske anvendelsen av en rekke undersjøiske ferskvannskilder i det østlige Middelhavet og i Den persiske gulf for drøye 2000 år siden. Enkelte av disse kildene har vært benyttet til vannforsyning siden fønikisk tid (700 f.Kr. til 500 e.Kr.), og den dag i dag er flere av dem fortsatt i bruk.
Fenomenet med slike submarine grunnvannskilder er globalt. Vi finner dem derfor også her i landet. NGU har for eksempel kartlagt flere hundre ”pockmarks” (groper i havbunnen) i Indre Oslofjord, og forskerne tror de kan være dannet av undersjøiske kilder som stiger opp til havbunnen. Tilsvarende studier i Japan beskriver hvordan grunnvannet, når det artesiske trykket er stort nok, kan lage et ”øye” i havbunnen ved å presse bort leire og andre sedimenter.
Undersjøiske kilder opptrer i overveiende grad i hulrom og sprekker i kalksteiner (karst), og de kjennetegnes ved et beskjedent volum og rask gjennomstrømning. Mange av kildene reagerer imidlertid hurtig på nedbørsvariasjoner, og de er sårbare for tiltak og forurensning på land. Alt dette bidrar til at undersjøiske kilder har liten betydning i regional vannforsyning.
Skal vi finne submarine grunnvannsreservoarer med store volumer, må vi derfor lete etter annet enn små undersjøiske kilder, og vi må forstå hvordan de dannes. Vi må altså kjenne de hydrogeologiske prosessene.
Akvifer
I henhold til korrekt norsk skrivemåte omtales en grunnvannsforekomst nå som en akvifer (fra latin: vannbærer). En akvifer er et geologisk reservoar under bakken som inneholder vann. Som volumenhet i marin hydrogeologi benyttes som regel km3. Det norske vannforbruket er ca. 1 km3 pr år. For en oljegeolog tilsvarer dette 6,3 milliarder fat. Til sammenligning var de opprinnelige reservene i Statfjord-feltet i overkant av 5 milliarder fat olje.
Vannet presser på
Hydrogeologene driver tradisjonelt sin virksomhet på land, og gjerne med tiltagende engstelse jo nærmere kystlinjen og det salte vannet de kommer. For i kystnære områder med stor befolkningstetthet, er problemene mange. Forurensning er et nøkkelbegrep. Men ikke minst er saltvannsinntrengning som et Damoklessverd: Grådighet, og dermed overpumping, fører til at saltvannsfronten beveger seg mot land, og mot brønnene. Sakte, men sikkert, vil brukerne oppleve at saliniteten øker, og at vannet blir ubrukelig både til drikkevann og irrigasjon.
Nå viser det seg at ferskvannsinntrengning – satt i scene av naturen selv – er et fenomen som er langt mer utbrett enn man tidligere har vært klar over. Ferskvannsinntrengning betyr at ferskt vann som står under trykk presser saltvannet ned og ut slik at det oppstår grunnvannsreservoarer under havet.
Vannet siger ned
Hyppige variasjoner i havnivået gjennom kvartær (pleistocen) tid har hatt konsekvenser for submarint grunnvann.
Vi vet at det globale havnivået har variert mellom 0 og –130 m ganske mange ganger i løpet av kvartær. I løpet av disse knappe to millioner årene har havnivået ligget under –50 m-nivået i til sammen ca. én million år. Store områder har derfor vært tørrlagt over lengre perioder, og ferskt vann har infiltrert de sedimentære bergartene som i dag ligger begravd under havbunnen. I tillegg ble det også etablert en mulighet for hydraulisk kontakt mellom infiltrasjonsområder på land og de dype reservoarene lenger ut.
Over deler av verden for øvrig finnes arealmessig store, men ikke nødvendigvis mektige, fluviale avsetninger (elveavsetninger) fra de mange korte periodene med lavt vann i kvartær. Mange av avsetningene inneholder ferskvann, og noen fører også fremdeles ferskvann fra land og milevis til havs. I Sørøst-Asia med grunn sokkel finns flere slike alluviale systemer.
Skal vannet presses ned riktig dypt, må flere forutsetninger på plass, og det er disse mekanismene vi nå skal se litt nærmere på.
Minner fra istiden
De store isbreene i arktiske strøk øver et stort trykk på underlaget, og i noen tilfeller kan trykket medføre oppsprekking av berggrunnen, selv om den består av harde granitter og gneiser. Trykket fra isbreen vil også kunne skyve ferskvannet ned til store dyp, i teorien flere titalls kilometer i et hypotetisk underliggende reservoar, og langt dypere enn det noen gang har vært boret etter både grunnvann og hydrokarboner. At ferskt grunnvann påtreffes på flere tusen meters dyp i arktiske strøk burde derved ikke overaske.
Aldersdatering av vann fra et reservoardyp på 1500 m, ca. 90 km utenfor kysten av New Jersey i USA, avslører drikkevannskvalitet med alder rundt 12.000 år, altså fra siste del av den siste istiden. Vannet vurderes som en fremtidig vannkilde for New York.
Løfter vi blikket nordover, kan verdens største akviferer ligge under de store fiskebankene utenfor Nova Scotia og New Foundland. Dersom foreløpige antagelser holder stikk, vil for eksempel Grand Banks kunne inneholde i størrelsesorden 150.000 km3 for hver 500m mektighet. Tilsvarende, og kanskje enda større forekomster, finnes sannsynligvis mange andre steder. Til sammenligning inneholder en av verdens største akviferer på land, Aquifero Guaraní i Sør Amerika, ca. 40.000 km3 med ferskt vann. Den største av dem alle, Den nubiske akvifer i Nord-Afrika, som holder liv i millioner av mennesker i denne del av verden, inneholder hele 375.000 km3 vann.
Vi ser altså at de store iskappene over den nordlige halvkulen i kvartær tid har gitt oss gigantiske submarine grunnvannsforekomster.
Fjellområdenes innflytelse
Når høyereliggende landområder med grunnvann ligger bak en kystlinje, vil det kunne oppstå en ubrutt hydraulisk kontinuitet fra infiltrasjonsområdene på land og dypt ned i utenforliggende sedimentære bassenger. Under Tanzanias Songosongo gassfelt (produserer fra sandsteiner avsatt i kritt tid) er det for eksempel funnet ferskvann i jura sandsteiner som ligger mer enn 2000 m under havoverflaten. Vann fra infiltrasjonsområdene på land sørger for et tilstrekkelig stort artesisk trykk til å motvirke diffusjon fra overliggende salt porevann og holder på den måten akviferen fersk.
Tilsvarende forhold ser vi også lenger mot nord, ved Kimbiji, hvor ca. 1200 m mektige sandavsetninger av neogen alder leder ferskvann mer enn 1000 m under Det indiske hav. Drivkraften bak prosessen er infiltrasjon av regnvann fra høyereliggende områder 100 km inne på land. Vannet beveger seg uhyre sakte, og det har blitt mer enn 2000 år gammelt innen det når kystlinjen. Den betydelige alderen til tross, dette vannet er dynamisk, blir stadig fornyet og er altså ikke fossilt.
Innestengt grunnvann
Det finnes ytterligere en mekanisme for plassering av vann dypt nede i submarine reservoarer, og hvor det også dreier seg om betydelige volumer. Disse vil imidlertid ikke være i likevekt med sine nåværende omgivelser, og vannet som ender opp der vil ikke bli fornyet.
Et eksempel utenfor Tanzania, nærmere bestemt i Vest- Zanzibarbassenget, mellom Zanzibar og det tanzanianske fastlandet, illustrerer godt dette prisnippet.
Bassenget har vært under innsynkning siden miocen tid (de siste 20 millioner år). Slikt tiltrekker seg elver, i dette tilfellet Ruvu og Wami, sannsynligvis også et tidlig løp av Rufiji, som alle har sendt sand ut i bassenget gjennom millioner av år. I Vest-Zanzibarbassenget har vi fått en sedimentær lagrekke på nærmere 9000 m der sand og kalkrike leirelag veksler. Vann er blitt begravd i en stadig mektigere ”sandwich” av sand og leire. Sammenpresningen av bergartene skyver ferskvannet ut fra underliggende akviferer, og motvirker diffusjon fra saltvann. Resultatet er en spektakulær submarin akvifer med volumpotensial i verdensklasse. Slike ressurser har imidlertid den ulempen at de ikke er fornybare.
Ved en begynnelse
Vann er en mangelvare i mange områder på Jorden. Slike steder er avsalting av havvann i mange tilfeller det eneste reelle tilbudet, og kostnaden ved denne prosessen vil være førende for bestemmelsen av prisen på vann. Til tross for stadige forbedringer er prosessen fortsatt energikrevende. Dette innebærer at gevinsten ved økt effektivitet i stor grad vil bli spist opp av stigende energipriser. Dessuten vil CO2-fotsporene ved avsalting alltid være betydelige.
Submarine akviferer vil riktignok ikke ligge på de mest optimale stedene. Men det gjør som kjent heller ikke olje- og gassreservoarer. Det vil derfor til syvende og sist være den lokale og regionale markedsprisen som bestemmer når og hvordan de enkelte akviferer skal benyttes.
Porøse undersjøiske akviferer har et betydelig potensial for vannforsyning, og vann er blitt en strategisk ressurs som etter hvert vil tiltrekke seg langsiktige investeringer. Kartlegging av verdens største grunnvannsforekomster har imidlertid bare så vidt begynt.
| Submarint grunnvann | ||
|---|---|---|
| Undersjøiske kilder | Små volumer | Fornybare kilder |
| Istrykk | Store volumer | Fornyes etter hver istid |
| Artesisk trykk | Store volumer | Fornybare kilder |
| Innestengt grunnvann | Store volumer | Ikke fornybare kilder |
Verdens grunnvann
Verdens vannressurser er faktisk ganske sjenerøse. Grunnvann er stort sett en fornybar ressurs, og den årlige tilførselen som følge av nedbør og infiltrasjon i undergrunnen er rundt 14.000 km3 per år. Til sammenligning ligger det norske forbruket av drikkevann på rundt 1 km3 pr år – eller i overkant av 200 m3 pr år per nordmann. Nedbøren kunne derfor alene – hvis den ble tatt vare på – forsyne mer enn ti ganger verdens befolkning med vann (70 milliarder mennesker). I praksis er situasjonen dessverre en annen: De største problemene er knyttet opp mot tilgjengelighet, fordeling, økonomi og kvalitet.
Olje og vann
Oljegeologene har i en årrekke funnet reservoarbergarter hvor porevannet har mye mindre salt (lavere salinitet) enn vanlig sjøvann. Mange av dem har nok også reflektert over at det finnes ferskvann i reservoarer på flere tusen meters dyp. Det er grunn til å anta at det finnes mye verdifull, men ubenyttet kunnskap, stuet bort i oljebransjens mange lønnkamre. Tatt i betraktning at hydrogeologien historisk sett har vært premissleverandør til oljebransjen (Darcy’s lov, Theis’ ligning, etc.), burde tiden etter hvert være moden for en viss ”tilbakebetaling”. Det arbeides derfor med et symposium i samarbeid med oljeindustrien hvor formålet er å få frem vannrelatert informasjon av samfunnsmessig verdi.
Leting etter akvifere
Betydelige volumer med ferskvann kan lekke fra akvifere og opp gjennom havbunnen uten at vi legger merke til det. Fordi utstrømningen skjer over svært store arealer, blir den diffuse strømningen av ferskvann veldig lav, og med en tilsvarende uhyre svak uttynning av havvannet. Det arbeides for tiden med kartlegging av sporelementer som kan avsløre slik strømning.
Den norske oljebransjen har imidlertid utviklet elektromagnetiske letemetoder (EM) til måling av resistiviteten i lag under havbunnen (GEO 02/2008). Metoden benyttes til å påvise olje og gass før det bores, men kan også benyttes til å påvise submarine ferskvannsreservoarer. Derfor er det igangsatt et samarbeidsprosjekt for studier av submarine akviferer mellom EMGS i Trondheim og Ruden AD. Prosjektet er støttet av Innovasjon Norge. Bruk av EM til regional grunnvannsprospektering gir muligheter som kan sette andre metoder fullstendig i skyggen.