Dolinen: Neue Studie Sucht Nach Tieferem Verständnis

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Benjamin schwartz verdrahtet den boden wie ein wirbelsturm und erfährt, was wasser unter der erde tut.

Unter dem abschüssigen Gelände von Kentucky, Illinois und Virginia liegen chemisch quälende Grundgesteine, die mit landwirtschaftlichen Praktiken kombiniert werden, um Chaos im Trinkwasser anrichten zu können.

Im letzten Sommer mit Elektronik bewaffnet, fuhr Benjamin Schwartz während des Hurrikans Ivan mit seinem Allrad-LKW zu einem Feld in McCoy, Virginia, um dort zu kämpfen.

Zuerst brachte er seinen Laptop und einen Elektrizitätssensor an seine LKW-Batterie an. Dann versenkt er Metallstifte in den Boden und verdrahtete sie, um ein elektrisches Feld unter der Erde zu erzeugen.

Messungen, wie und wo Strom fließt, ermöglichten es ihm, eine unterirdische Karte zu erstellen, wann und wo überschwemmendes Regenwasser in verborgenen Gruben und Spalten, sogenannten Dolinen, im Felsuntergrund unterhalb der Erdoberfläche bis zu einer Tiefe von 15 Metern angesammelt wurde. Hydrologen müssen wissen, wie Wasser in Dolinen fließt, da sie zu tieferen Kalkschichten führen, die Wasser speichern.

Seltsame Strömung

Sie denken vielleicht, dass Wasser in Dolinen eindringt und zum tiefsten Punkt fließt, dann in den Kalkstein-Aquifer fließt und sich wie ein unterirdisches Glas Wasser füllt.

Schwartz geht zunächst davon aus, dass das Wasser höher in die Dolinen eindringt.

"Ich habe gesehen, dass der Regen nicht nur wie ein Schwamm gesunken ist", sagte er WordsSideKick.com. "Es folgte Fließwegen im Boden. Im Wesentlichen ist nicht nur das Gestein unter einer Doline heterogen, sondern auch die Doline."


Die meisten Schäden durch Dolinen treten in Florida, Texas, Alabama, Missouri, Kentucky, Tennessee und Pennsylvania auf. Dieses Dolinenloch, von oben gesehen, öffnete sich schnell in Florida und aß offenbar ein Schwimmbad, einige Fahrbahnen und Gebäude. Kredit: USGS

Er fand auch heraus, dass sich Wasser, das normalerweise Wochen und Monate braucht, um sich durch die Gegend zu bewegen, innerhalb weniger Tage bewegte. Schwartz hofft, später die genaue Geschwindigkeit des Wassers messen zu können.

Schwartz, ein Student an der Virginia Tech, möchte auch weitere Experimente durchführen, um den Wasserfluss dreidimensional um ein Sinkhole zu modellieren. Wenn er es herausfinden kann, wird er als erster verstehen, wie Wasser durch mit Pestiziden und Düngemitteln beladenes Ackerland in ein einzelnes Sinkhole fließt, und der erste hat solide Daten für Empfehlungen zum Management von landwirtschaftlichen Verfahren zur Minimierung der Grundwasserverschmutzung.

Die Gefahr

Sinkholes bilden sich mit der Zeit, da saures Oberflächenwasser einen Weg mit geringstem Widerstand durch Kalkstein findet, der sich leichter löst als andere Gesteine, wodurch die Fugen ausgedehnt werden und winzige Brüche dazu führen, dass sie sich manchmal in sich schlängelnden unterirdischen Höhlen entwickeln. Der oberirdische Boden sinkt dann plötzlich oder Krater.

Je nachdem, wo ein Sinkhole auftritt, kann es Häuser und Gebäude katastrophal verschlucken. Terrain mit Dolinen und verwandten Höhlenmerkmalen werden Karstlandschaften genannt.

Schließlich hofft Schwartz, die Untersuchung des Wasserflusses in einem einzigen Dolinenloch auf andere Dolinen zu verallgemeinern. Diese Informationen könnten genutzt werden, um herauszufinden, wie die landwirtschaftliche Nutzung von Dolinen am besten bewältigt werden kann, um die Kontamination des Grundwassers zu minimieren.

"Mein Ziel ist nicht zu sagen, hör auf Karst zu verwenden", sagte Schwartz. "Ich versuche nur herauszufinden, ob es eine Möglichkeit gibt, die Verwendung von Karst zu managen, um die Kontamination zu minimieren."

Verschmutzungsproblem

Karstlandschaften sind in gewisser Weise empfindlicher für Umweltverschmutzung und weniger in anderen, sagt William Orndorff vom Virginia Department of Conservation and Recreation. Er beaufsichtigt das Karst-Projekt der Abteilung und hat mit Schwartz geforscht.

"Da Karstsysteme als ein Netzwerk von integrierten Rohrleitungen und Tanks betrachtet werden können, kann das Ausspülen von Verunreinigungen viel schneller erfolgen als beispielsweise in einem porösen Medium oder einem gebrochenen Gesteinsgrundwasserleiter", sagte Orndorff in einem E-Mail-Interview. "Dies macht es jedoch auch schwieriger, einen Austritt einzudämmen, da sich Wasser in einem Karstsystem pro Tag bis zu mehreren Meilen bewegen kann."

Andere Verunreinigungen neigen dazu, lange Zeit in Sinklochtaschen zu ruhen und lösen sich im Grundwasser auf.

"Langfristig könnte eine solche Verseuchung sowohl für den menschlichen Verzehr als auch für die Lebensräume höhlenangepasster Wasserarten schwerwiegende Folgen haben, von denen viele selten sind", sagte er und fand nur an einem Ort.

Orndorff ist optimistisch, da sich Wissenschaftler direkt mit dem Thema Karst- und Grundwassersicherheit befassen. "Letztendlich werden der politische Wille, die technischen Fähigkeiten, die Wirtschaftlichkeit und das Glück bestimmen, inwieweit die Bedrohung durch Karstgrundwasserverschmutzungen verringert wird", sagte er.


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