依赖科罗拉多河的社区正面临水危机。米德湖是这条河最大的水库，自从大约一个世纪前建造胡佛水坝以来，它的水位已经下降到前所未有的水平。
亚利桑那州和内华达州正面临有史以来第一次强制停水，而其他水库正在释放水以保持科罗拉多河水电站的运行。
如果即使是强大的科罗拉多州及其水库也不能幸免于因气候变化而恶化的高温和干旱，那么西方从哪里获得水源?
有一个隐藏的答案：地下。
随着气温升高和干旱使河流干涸和山地冰川融化，人们越来越依赖脚下的水。目前，地下水资源为近一半的世界人口和大约 40% 的全球灌溉用水提供饮用水。
许多人没有意识到这些水的年龄和脆弱程度。
大多数储存在地下的水已经存在了几十年，其中大部分已经存在数百、数千甚至数百万年。较旧的地下水往往位于地下深处，在那里它不太容易受到干旱和污染等地表条件的影响。
随着较浅的井在城市发展、人口增长和气候变化的压力下干涸，旧地下水变得越来越重要。
饮用古代地下水
如果你咬一口有 1000 年历史的面包，你可能会注意到。
地下一千年的水也可以尝到不同的味道。它从周围的岩石中浸出天然化学物质，改变其矿物质含量。
一些与地下水年龄相关的天然污染物——比如促进情绪的锂——可以产生积极的影响。其他污染物，如铁和锰，可能会带来麻烦。
较旧的地下水有时也太咸，如果不进行昂贵的处理就无法饮用。这个问题在靠近海岸的地方可能会更糟：过度抽水会产生空间，将海水吸入含水层并污染饮用水供应。
古代地下水可能需要数千年才能自然补充。
而且，正如加利福尼亚在 2011-2017 年干旱期间所看到的那样，天然地下存储空间在排空时会压缩，因此无法再填充到以前的容量。这种压实反过来导致上面的土地开裂、弯曲和下沉。
然而，由于干旱耗尽地表水并且农场更加依赖地下水，今天的人们正在西方钻探更深的井。
水“老”是什么意思?
让我们想象一下 15,000 年前加利福尼亚中部的一场暴雨。随着风暴席卷现在的旧金山，大部分雨水落入太平洋，在那里最终会蒸发回大气中。
然而，一些雨水也会落入河流和湖泊以及旱地。当雨水渗入土壤层时，它进入地下水的缓慢滴流“流道”。
其中一些路径越来越深，水会聚集在地下数百米的基岩裂缝中。
从某种意义上说，收集在这些地下储备中的水与活跃的水循环隔绝了——至少在与人类生活相关的时间尺度上是这样。
在加利福尼亚干旱的中央山谷，大部分可利用的古代水已经从地里抽出，主要用于农业。自然补水的时间跨度为数千年，而农业渗漏已经用更新的——经常被污染的——水重新填充了一些含水层。
事实上，像弗雷斯诺这样的地方现在正在积极地用清洁水(例如处理过的废水或雨水)重新填充含水层，这个过程被称为“管理含水层补给”。
2014 年，在现代记忆中最严重的干旱中途，加利福尼亚成为最后一个通过法律要求当地地下水可持续性计划的西部州。地下水可能对热浪和气候变化具有弹性，但如果你全部使用它，你就有麻烦了。
对水需求的一种反应?钻得更深。然而，这个答案是不可持续的。
首先，它很昂贵：大型农业公司和锂矿公司往往是那种有能力钻得足够深的投资者，而小型农村社区则不能。
其次，一旦你抽取了古老的地下水，含水层就需要时间来补充。流动路径可能会被破坏，从而阻断对泉水、湿地和河流的天然供水。同时，地下压力的变化会使地球不稳定，导致土地下沉，甚至导致地震。
第三是污染：虽然深层、富含矿物质的古代地下水通常比年轻、较浅的地下水更清洁、更安全，但过度抽取可以改变这一点。
由于缺水地区更多地依赖深层地下水，过度抽水会降低地下水位并抽取可与旧水混合的受污染的现代水。这种混合会导致水质恶化，从而导致对井深的需求。
阅读古代地下水中的气候历史
关心古代地下水还有其他原因。就像真正的化石一样，极其古老的“化石地下水”可以让我们了解过去。
再次想象我们的史前暴雨：15,000 年前，气候与今天大不相同。今天可以检测到溶解在古代地下水中的化学物质，打开了通往过去世界的窗户。某些溶解的化学物质充当时钟，告诉科学家地下水的年龄。
例如，我们知道溶解的碳 14 和氪 18 衰减的速度，因此我们可以测量它们以计算水最后与空气相互作用的时间。
1950 年代后消失在地下的较年轻的地下水具有独特的人造化学特征：原子弹试验产生的高浓度氚。
其他溶解的化学物质就像微型温度计。
例如，氩气和氙气等稀有气体在冷水中的溶解量比在温水中的溶解度要高，而且沿着一条精确已知的温度曲线。一旦地下水与空气隔离，溶解的惰性气体就没有太大作用。因此，它们保存了有关水首次渗入地下时环境条件的信息。
化石地下水中惰性气体的浓度提供了我们对上一个冰河时代陆地温度最可靠的估计。
这些发现提供了对现代气候的洞察，包括地球的平均温度对大气中的二氧化碳有多敏感。这些方法支持最近的一项研究，该研究发现二氧化碳每增加一倍，温度就会升高 3.4 摄氏度。
地下水的过去和未来
一些地区的人们，比如新英格兰，多年来一直在饮用古老的地下水，几乎没有耗尽可用供应的危险。定期降雨和各种水源——包括湖泊、河流和积雪中的地表水——提供了地下水的替代品，也为含水层补充了新水。
如果含水层能够满足需求，就可以可持续地使用水。
然而，在西部地区，一个多世纪以来未经管理和过度用水意味着一些最依赖地下水的地方——易受干旱影响的干旱地区——已经浪费了曾经存在于地下的古老水资源。
这个问题的一个著名先例是在大平原。在那里，奥加拉拉含水层的古老水为从南达科他州到德克萨斯州的数百万人和农场提供饮用水和灌溉。如果人们将这个含水层抽干，自然需要数千年的时间才能重新填满。
它是抵御干旱的重要缓冲区，但灌溉和用水密集型农业正在以不可持续的速度降低水位。
随着地球变暖，古老的地下水变得越来越重要——无论是从厨房水龙头流出、灌溉粮食作物，还是提供有关地球过去的警告，帮助我们为不确定的未来做好准备。
