L'acqua fossile è acqua bloccata in una falda acquifera per un periodo molto superiore al normale ciclo dell'acqua, restando in questo luogo del sottosuolo per migliaia, milioni, o addirittura miliardi di anni. Quando i mutamenti geologici sigillano lo strato acquifero da ulteriori ricariche, l'acqua resta intrappolata all'interno e viene descritta come acqua fossile. Il metodo del carbonio-14 ha rivelato che alcune riserve d'acqua risalgono a 40.000 anni fa, prima dell'ultima glaciazione. Nel 2013, un gruppo di ricercatori inglesi e canadesi, guidati da Chris Ballentine dell'Università di Manchester, ha rinvenuto, al fondo di 2,4 km di trivellazione in una miniera di rame e zinco dell'Ontario, un giacimento di acqua fossile risalente ad almeno un miliardo di anni prima se non, probabilmente, a 2,7 miliardi di anni. Le falde acquifere di Ogallala negli Stati Uniti, e del Deserto libico sono le più conosciute riserve di acqua fossile. Si considera lo sfruttamento di questa acqua al pari di una industria mineraria, in quanto si tratta di una . Un esempio di sfruttamento di tali falde è il progetto libico denominato Grande fiume artificiale (Great Man-made River), che ha lo scopo di convogliare acque fossili e renderle disponibili all'utilizzo umano, sfruttando un bacino sotterraneo di 35 000 km³ situato sotto il deserto del Sahara.
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