WODY PODZIEMNE SAHARY

Andrzej PAWUŁA, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, b. prof. Uniwersytetu w Constantine

Polskie Towarzystwo Geologiczne - Instytut Geologii UAM, Referaty, Tom 2, 7 - 12, 1992, Poznań

W trakcie poszukiwań geologicznych ropy naftowej na Saharze, wsród osadów mezozoicznych, odkryto zasobną strukturę wodonośną zawierającą wodę słodką. Sensację wzbudziła ocena wielkości tych zasobów i wysoka jakość wody. Zjawisko zaskakujące wobec ogólnego braku wody, w istniejących warunkach pustynnych na powierzchni terenu. Wstępne oceny wskazywały na reliktowe pochodzenie tych wód. Występowanie słodkich wód podziemnych na pustyni było już znane wcześniej z relacji podróżników do okolic Guerary i na równinę Tidikeit, gdzie znajduje się biegun ciepła Sahary. W najgorętszym rejonie Sahary, w rejonie miejscowości Adrar, Reggane i In Salah, słodka woda podziemna ujmowana jest od stuleci za pomocą tradycyjnego systemu podziemnych, horyzontalnych drenów, zwanych "foggara". Charakterystyczną cechą wodonośca, wykorzystywaną w tym rejonie pustyni, był stabilny poziom wód podziemnych, nie ulegający wahaniom sezonowym. Był to jednak przypadek szczególny, możliwy do wytłumaczenia dopiero po komp1eksowym rozpoznaniu warunków hydrogeologicznych Sahary. Przeprowadzone badania (UNESCO, 1972) przyczyniły się do rozpoznania warunków występowania i wielkości zasobów tych wód, równocześnie uzyskane wyniki zachęciły do intensywnego użytkowania zasobów słodkiej wody podziemnej na obszarze Sahary. Pojawiło się więc niebezpieczeństwo rabunkowej eksploatacji tych, jak się okazuje, ograniczonych i trudno odnawianych zasobów wody słodkiej. W pierwszej kolejności pojawiło się zagrożenie dla tradycyjnego systemu ujęć typu "foggara". W artykule przedstawiono wyniki rozpoznania zasobów, tego szczególnego poziomu wodonośnego, na tle struktury geologicznej, a także pierwsze sygnały o skutkach nieprawidłowej eksploatacji.

Położenie geograficzne

Przedmiotowy obszar to środkowa i północna część Sahary, ograniczony z jednej strony górami Atlasu, z drugiej strony górami Hoggar. Odległość między tymi dwiema formami wynosi ok. 1.5 tys. km. W obrębie Atlasu Wysokiego kulminacje terenowe przekraczają 4000 m n.p.m., w Atlasie Telskim najwyższe szczyty ponad 2300 m n.p.m., znajdują się w masywie Djurjury (Dżurdżury). Na południe od Atlasu Saharyjskiego występują dwa rozlegle obszary wydmowe, Wielkie Ergi  - Zachodni i Wschodni. Dalej na południe występują obszary wyżynne, a więc wyżyny: Tademait i Tinrhert oraz płaskowyż Tassili N'Ajjer, którego powierzchnia znajduje się na wysokości ok. 2000 m n.p.m. W górach Hoggar wysokości szczytów, odsłoniętych kominów wulkanicznych, są rzędu 3000 m n.p.m. Góry stanowią obramowanie pustyni, a równocześnie decydują o systemie krążenia wód. Na obszarze wyniesionych hammad zachowana została sieć wód powierzchniowych spływających z obszarów górzystych w okresie pluwialnym, odpowiadającym okresowi zlodowacenia w Europie. Na obszarach nizinnych doliny rzeczne zostały zamaskowane piaskami ergów.

Struktura geologiczna

Powierzchnia krystalicznego cokołu kontynentalnego pochylona jest w kierunku północnym, to jest w kierunku wielkiego fałdu saharyjskiego, tworzącego morfologiczną granicę między Saharą i Atlasem. Podłoże granitowe na przedpolu Atlasu Saharyjskiego występuje na głębokości kilku tysięcy metrów, natomiast ukazuje się na powierzchni terenu, na zachód od miasta Atar w Mauretanii, i to na wysokości 200 m n.p.m., a dalej na południe jeszcze wyżej, bo na wysokości 1000 m n.p.m. u podnóża płaskowyżu Tassili N'Ajjer. W rejonie Atar, na granitach prekambru, zalega seria piaskowcowo-kwarcytowa kambru i ordowiku. W centralnej części Sahary występują formacje morskie paleozoiku, zawierające wody słone i złoża węglowodorów. W obniżeniu saharyjskim, pomiędzy pasmem Atlasu Saharyjskiego na północy, a doliną Saury i niziną Tohat koło miasta Adrar na zachodzie, wyżyną Tinrhert na południu oraz górami Matmata na wschodzie, wykształcił się zbiornik sedymentacyjny osadów mezozoicznych i trzeciorzędowych, przykrytych fragmentarycznie utworami eolicznymi czwartorzędu. Miąższość osadów mezozoicznych zwiększa się od granicy południowo - zachodniej "zbiornika", w kierunku północno - wschodnim, aż do około 3000 m w poblizu Biskry, na przedpolu gór Aures. W obrębie utworów dolnokredowych występuje formacja piaskowcowa tworząca regionalny kolektor wód słodkich. Warstwy mezozoiczne są lekko sfałdowane, a w części środkowej zaburzone są serią uskoków El Abiod (rejon roponośny Hassi Messaoud). Przekrój geologiczny (Ryc.1) wskazuje, że zaburzenia tektoniczne wystąpiły po okresie kredowym. W profilu stratygraficzno-litologicznym "zbiornika saharyjskiego", na podłożu paleozoicznym występują nieprzepuszczalne osady doggeru (kelowej), malmu oraz neokomu. W obrębie kredy dolnej występuje także przepuszczalna formacja piaskowcowa "Continental Intercalaire", którą budują iły z przewarstwieniami piaskowca, wapieni, dolomitów i piasków z ziarnami krzemieni (barrem), dolomity, margle, wapienie (apt) oraz przemiennie ułożone warstwy margla, piaskowca z wkładkami iłów i krzemieni (alb). Formację piaskowcową przykrywają fragmentarycznie osady wrakonu (wapienie szare, ilaste z przewarstwieniami dolomitu zbitego) oraz gruba warstwa nieprzepuszczalnych osadów cenomanu (anhydryty, wapienie, margle, dolomity z przewarstwieniami iłu). Powyżej za1egają dolomity mikrokrystaliczne, twarde, z wtrąceniami wapienia wieku turońskiego. W warstwie tej występuje woda słona. Osady senonu dzielą się na senon lagunowy (nieprzepuszczalny) i senon węglanowy (przepuszczalny). Senon lagunowy wykształcony jest w postaci anhydrytu białego, masywnego, z wkładkami dolomitu jasnoszarego i przewarstwieniami wapienia. Górna partia senonu to natomiast wapienie przewarstwione marglem. Senon węglanowy łącznie z wyżej za1egającą warstwą trzeciorzędowych piasków pontyjskich tworzą przepuszczalny kompleks zwany "Complexe Terminal". Lokalnie kompleks ten jest przedzielony wapieniami marglistymi eocenu. Serię osadów trzeciorzędowych miocenu i pliocenu, kończy warstwa ilasta lub wapienno-piaskowcowa. Utwory neogenu tworzą współczesną powierzchnię hammad. W obniżeniach powierzchni neogeńskiej występują holoceńskie osady eoliczne, w postaci piaszczystych ergów; są to piaski wydmowe oraz mieszanina piaskowca beżowego i piasku drobnego z ziarnami gipsu. Do współczesnych osadów na1eżą również aluwia uedów.

Poziomy wodonośne

Poziom swobodny ergów i uedów. W za1eżności od warunków lokalnych i mineralizacji można napotkać wody słodkie, słonawe lub gorzkie. Dominują wody typu siarczanowo-sodowego lub siarczanowo-wapniowego, o mineralizacji 6-7 g/l. W piaskach wydmowych, poniżej zwierciadła wody gruntowej, występują konkrecje gipsowe. Powstają one w wyniku intensywnego parowania wody gruntowej i koncentracji związków mineralnych transportowanych przez wodę. W rejonie saharyjskiej miejscowości El Oued powstał problem szczególny, mianowicie nastąpiło nieoczekiwane podwyższenie się poziomu wód gruntowych i obumieranie palm w okolicznych oazach. Jak się bowiem okazało, w wyniku intensywnej eksploatacji głębszych poziomów wodonośnych, a następnie zrzutu powstałych ścieków do piasków wydmowych, nastąpiło podtopienie systemu korzeniowego rosnących tam palm daktylowych. W podłożu piasków wydmowych występują słabo przepuszczalne neogeńskie piaskowce hammad, które powodują spiętrzenie wód infiltrujących z powierzchni terenu, a ilość tych wód przekroczyła znacznie potencjalne wielkości ewaporacji. Swobodny poziom wodonośny na bazie hammad neogeńskich.

Ryc. 1 Przekrój geologiczny przez Saharę (UNESCO, 1972)

Woda występuje w utworach piaskowcowo-ilasto-wapnistych miocenu i pliocenu. W części północno-wschodniej Sahary występuje warstwa nawodnionych piasków pontyjskich, łącząca się na znacznych obszarach z wapieniami senonu. Obie warstwy tworzą wspólny poziom wodonosny zwany "Complexe Terminal". Łączna miąższość utworów wodonośnych wynosi kilkadziesiąt metrów, miejscami przekracza nawet 200 m. Ponieważ hammady to na ogół wyniesienia terenowe i wyżyny, wody podziemne są tutaj mniej zmineralizowane niż na obszarze ergów. Obserwuje się wzrost zasolenia w kierunku przepływu i stałe obniżanie się poziomu wody. Zasolenie wody maleje w miarę zbliżania się do obszarów górzystych, które mogą stanowić strefę zasilania tego poziomu i gdzie spotyka się wodę słodką o mineralizacji ponizej 1 g/l.

Poziom wodonośny Continental Intercalaire  - wodonośna formacja piaskowcowa wieku dolnej kredy, od barremu do albu, to warstwa piaskowców ilasto-wapnistych o mższości kilkuset metrów (średnio 300 m). Piaskowce te są przepuszczalne i tworzą regionalny zbiornik wód podziemnych, rozciągający się na obszarze około 600 tys. km2. Uwzględniając miąższość tej formacji, ocenia się zgromadzone tu zasoby wody podziemnej na 30-50 tys. km3. Strefy zasilania poziomu "Continantal Intercalaire" znajdują się: w Atlasie Saharyjskim, gdzie opady wynoszą około 250 mm/rok, w Masywie Aures, gdzie opady atmosferyczne dochodzą do 750 mm/rok, oraz na obszarze hammady południowo - orańskiej, gdzie opady są rzędu 60-100 mm/rok. Na wychodniach saharyjskich na obszarze od El Golei, przez Timimoun, Adrar i Reggane do In Salah, gdzie wie1kość opadów jest rzędu 20 mm/rok, zasilanie infiltracyjne nie występuje, bowiem cały opad ulega natychmiast wyparowaniu. Poziom ten jest eksploatowany za pomocą studni, na całym obszarze gdzie występuje jako poziom artezyjski pod przykryciem nieprzepuszczalnymi utworami kredy górnej. W rejonach, gdzie osady kredy górnej zostały zerodowane, na przykład w części Wielkiego Ergu Zachodniego lub na wychodniach albu (rejon Guerary, Adrar - Tohat i In Salah - Tidikelt) poziom jest typu swobodnego. Tamże jest on eksploatowany za pomocą systemu drenów poziomych "foggara", a także pionowych studni szybowych. Na wychodniach piaskowców "Continental Intercalaire" występuje naturalny wypływ wód podziemnych pochodzących z odległego obszaru zasilania w Atlasie Saharyjskim. Ponieważ na obszarze między strefą wychodni a strefą zasilania warstwa wodonośna jest typu ciśnieniowego, zrozumiałym się staje zjawisko ustabilizowanego poziomu zwierciadła wody na ujęciach drenażowych "foggara".

Bilans wód podziemnych poziomu "Continental Intercalaire" (wg. badań UNESCO 1972):

Dopływy (zasilanie):

m3/s

m3/rok

Atlas Saharyjski

2,03

64.018.080

Tinrhert (Hoggar)

0,43

15.443.880

Hammadah Al. Hamra

0,49

15.452.640

Dahar (Matmata)

1,99

62.756.640

Wielki Erg Zachodni

3,55

111.952.800

RAZEM

8,49

267.740.640

Odpływy (drenaż):

m3/s

m3/rok

depresja (Gabes)

3,48

109.745.280

foggara (Guerara)

1,80

56.764.800

foggara Tidikelt)

1,90

59.918.400

szotty (El Jerid)

0,29

9.145.440

El Abiod

0,55

17.344.800

studnie (ogólnie)

3,05

96.184.800

RAZEM

11,07

349.103.520

Wnioski

Z analizy danych wynika, ze bilans wodny poziomu "Continental Intercalaire" nie jest zrównoważony co jest konsekwencją wzrastającej eksploatacji i budowy nowych ujęć wody. Nadmierna eksploatacja tego poziomu będzie prowadziła do spadku ciśnienia złożowego, a na wychodniach do obniżenia się zwierciadła wody i zmniejszenia przepływu gruntowego. Pierwszym negatywnym objawem, może więc być zmniejszenie się wydajności lub nawet zanik dopływu do tradycyjnych ujęć typu "foggara", w strefie wychodni formacji piaskowcowej, w rejonie Timimoun, Adrar, Reggane i In Salah. Potwierdzeniem tej hipotezy są obserwacje źródeł, prowadzone od końca dziewiętnastego wieku. Wykazują one konsekwentny spadek wydajności źródeł wody obu poziomów wodonośnych, to jest z poziomu Continental Intercalaire i Complex Terminal. Suma wydajności źródeł na obszarze Sahary oceniana w latach 90-tych ubiegłego wieku na ponad 5 m3/s (124830 tys. m3/rok), spadła w roku 1970 do 2.5 m3/s, to jest o 50%.

Rezerwy eksploatacyjne występują jedynie w części północno­wschodniej Sahary. Przepływ wód podziemnych jest skierowany tam do rejonu naturalnego drenażu, czyli do słonych jezior na obszarze depresyjnym (szott El Jerid) i do zatoki Gabes. Można więc zastąpić nieefektywny drenaż naturalny w strefie zasolonej, przez wiercenia głębokie i budowę ujęć wody słodkiej powyżej strefy zasolenia i naturalnego drenażu.

Biorąc pod uwagę objętość zmagazynowanej wody w piaskowcach kredy dolnej (Continental Intercalaire) rzędu 40000 km3 oraz objętość wody zasilającej ten poziom w ciągu roku: 267740640 m3 (0.26774 km3) można stwierdzic, że odnawianie zasobów następuje w ciągu 150 tys. lat. W związku z bardzo ograniczonym zasilaniem poziomów wodonosnych na Saharze, projektowane systemy eksploatacji słodkich wód podziemnych wymagają dokładnych studiów i rozważnych decyzji.

LITERATURA

1. Ould Abba A., 1988: Aménagement des eaux d'un bassin versant en zone aride. Cas du bassin versant de I'oued Seguellil en Adrar - Mauritanie. Mémoires de fin d'études en vue de l'obtention du diplôme d'ingénieur d'état en géologie - dirige par A.Pawuła. Institut des Sciences de la Terre. Département de Géologie. Université de Constantine.

2. Conrad G., 1983: Relation entre les eaux de surface et les eaux souterraines dans la Saoura (Sahara Nord-Occidental). Colloque sur ('Eau. Institut des Sciences de la Terre. Université de Constantine.

3. UNESCO, 1972: Etude des ressources en eau du Sahara septentrional. Paris.

_______________________________________

Referat wygłoszony w dniu 28.11.1991 na zebraniu Polskiego Towarzystwa Geologicznego

Tekst artykułu w edytorze Word 97: sahara-woda.doc

Adres do korespondencji: pawula@main.amu.edu.pl

Strona WWW: http://main.amu.edu.pl/~pawula