Использование подземных вод в Мексике ежегодно приводит примерно к 42,2 тысячам тонн скрытых выбросов CO₂. Причем возникают они не только из-за работы насосов, которые требуют электроэнергии или топлива, но и из-за прямого выделения газа непосредственно из воды после ее подъема на поверхность. Такие оценки в ходе своего исследования получили ученые из Университета нефти и энергетических исследований в Индии, Технологического института Монтеррея в Мексике и Центра экологических исследований имени Гельмгольца в Германии.
В Мексике насчитывается 653 официально признанных водоносных горизонта, более 100 из которых эксплуатируются чрезмерно. В отдельных засушливых регионах подземные источники обеспечивают до 80% воды для орошения. Интенсивная откачка постепенно истощает их запасы: уровень воды снижается, поэтому насосам приходится поднимать ее с большей глубины. В результате на каждый кубометр воды требуется все больше энергии, а вместе с энергозатратами увеличиваются и связанные с ними выбросы CO₂.
Однако с использованием подземных вод связан и другой, менее очевидный источник выбросов. Такая вода содержит растворенный неорганический углерод, преимущественно в виде бикарбонатов. После ее подъема на поверхность меняются давление и химическое равновесие, в результате чего часть растворенного углерода высвобождается в атмосферу в виде CO₂. Таким образом использование подземных вод создает сразу два источника выбросов: прямой – из самой воды и косвенный – при производстве энергии для ее откачки.
Международная команда ученых решила оценить вклад обоих источников. Для этого исследователи использовали данные за 2012, 2017 и 2021 годы. Изменение запасов подземных вод определяли с помощью спутников GRACE, а сведения о содержании бикарбонатов, кислотности и температуре получили из нескольких тысяч анализов скважин. На основе этих данных ученые рассчитали объем CO₂, который может выделяться непосредственно из поднятой воды. Для оценки энергетической составляющей учитывались объем откачки, глубина подъема воды, эффективность насосов и объем выбросов при производстве используемой ими электроэнергии.
Расчеты показали, что именно энергетическая составляющая формирует основную часть скрытого углеродного следа подземных вод. Для сопоставления регионов исследователи использовали глубину подъема воды 100 м и эффективность насосов 35%. Кроме того, учитывалось постепенное снижение углеродоемкости мексиканской электроэнергетики: если в 2012 году на производство 1 кВт·ч приходилось в среднем около 0,50 кг CO₂, то в 2017 году – 0,46 кг, а в 2021 году – 0,438 кг. Однако в районах с сильным истощением подземных запасов этот эффект частично нивелируется тем, что воду приходится поднимать с большей глубины и затрачивать на это больше энергии.
Особенно заметно это на севере и в центре страны, где с 2012 по 2021 год наблюдалось наиболее сильное сокращение запасов подземных вод. В Чиуауа к 2021 году прямые выбросы из поднятой воды превышали 900 тонн CO₂, тогда как выбросы, связанные с энергией для ее откачки, – 3200 тонн. В Соноре, Сакатекасе, Сан-Луис-Потоси и Гуанахуато энергетическая составляющая достигала 1600-3200 тонн CO₂. На юге и побережье Мексиканского залива она оставалась значительно ниже благодаря меньшему истощению подземных запасов и, соответственно, меньшим затратам энергии на подъем воды.
При этом высокое содержание бикарбонатов само по себе не означает больших выбросов. Например, в Веракрусе, Табаско, Кампече и других более влажных регионах их концентрация в подземных водах может быть выше, чем на севере страны, однако запасы воды там лучше пополняются и интенсивность их истощения значительно ниже. Поэтому крупнейший углеродный след формируется там, где одновременно сочетаются большие объемы откачки, снижение запасов подземных вод и значительные энергозатраты на их подъем.
В среднем совокупные выбросы от использования подземных вод в Мексике ученые оценили в 42,2 тысячи тонн CO₂ в год, или около 0,009% национальных выбросов от ископаемого топлива. С учетом неопределенности расчетов этот показатель может составлять примерно от 35,9 до 48,5 тысячи тонн в год. Хотя в масштабах страны доля невелика, исследование показывает дополнительную связь между истощением водных ресурсов и энергетикой: чем глубже приходится откачивать воду, тем больше энергии требуется для ее получения и тем выше связанный с ней углеродный след.
Снизить эти выбросы можно прежде всего за счет уменьшения объемов откачки и энергозатрат на нее. Ученые предлагают повышать эффективность орошения, использовать более экономичные насосы и переводить их на низкоуглеродные источники электроэнергии. Одним из вариантов может стать солнечная энергетика, однако исследователи предупреждают, что ее внедрение должно сопровождаться контролем водозабора: более дешевая энергия способна сделать откачку воды выгоднее и в итоге привести к еще более интенсивному истощению подземных запасов.
