A Review of the Assessment of Spatial and Temporal Variations of Groundwater in South Africa

地球の表面深く、岩の割れ目や砂粒の間の隙間に隠された、広大な真水の貯水層が存在します。これが地下水です。これは目に見える湖や川に蓄えられているのではなく、地球の地質層の中に蓄えられています。世界中の多くの地域において、この目に見えない水は、雨が降らず地表の川が枯れた際にも頼れる唯一の生命線となります。干ばつがより頻繁かつ深刻になっている南アフリカにおいて、この隠された水は極めて重要です。それは農村部の家庭に水の60％を、そして農場にかなりの割合の水を供給しています。しかし、地下に埋もれているため、その姿を見ることも、測定することも、理解することも困難です。水位は上下し、地層の種類や上空の天候、そして人々がどれだけの水を汲み上げているかによって、水質も変化します。

長年、科学者たちは南アフリカのこれらの隠された水を研究してきましたが、その知見は、それぞれがパズルの小さな一片を見ているような、何百もの個別の報告書に散らばっていました。ある研究は乾燥したカラーと呼ばれる地域に焦点を当て、別の研究は湿った沿岸部に焦り、また多くは農業や鉱業による汚染といった特定の課題を見ていました。しかし、これらすべての断片を集めて、国全体で水がどのように変化しているのかという全貌を把握した者はまだいませんでした。完全な視点がなければ、指導者たちが将来に向けてこの極めて重要な資源をどのように守るべきか、正しい決定を下すことは困難です。

これを解決するために、ダーバン工科大学のエマニュエル・オイサケデ率いる研究チームは、2020年から2025年の間に発表された関連研究をすべて集めることにしました。彼らは科学の司書のように振る舞い、数千の記録を探索して、地下水位と水質の実際の測定値を含む、質の高い95本の論文を見つけ出しました。データの信頼性を確保するために各論文を慎重に精査し、それらの結果を統合することで、単一の研究では明らかにできなかったパターンを見出すことを試みました。彼らの目的は、水がどこにあり、どれほどの速さで消失しているのか、そして水質がどのように変化しているのかを、それらを動かしている力とともに描き出すことでした。

研究者は、南アフリカの地層が決して均一ではないことを発見しました。地下水位（地表面から水面までの距離）は、現地の地質によって大きく異なります。オレンジ川下流の砂が多い河床エリアでは、水は比較的浅く、わずか6メートルほどの深さにあります。対照的に、カラー地域の割れ目のある岩石層では、水ははるかに深く、しばしば44メートルを超える深さに達します。この違いは、井戸を掘る人々にとって非常に重要です。深く割れた岩石の中にある水を見つけるには、川の浅い砂から水を汲み上げるよりも、はるかに高価な設備と労力が必要になるからです。さらに、研究は、水の深さが必ずしもその質を予測するわけではないことを明らかにしました。深い水ほど清潔であったりミネラル分が豊富であったりすると予想されるかもしれませんが、研究者は、水の深さと塩分濃度や汚染度との間に明確な関連性はないことを見出しました。ある場所では、最も深い井戸の水が飲むには塩辛すぎることがあり、また別の場所では、浅い井戸が人間活動によって汚染されていました。

ここ数年、状況はますます切迫しています。分析の結果、南アフリカ全土で地下水位が低下していることが示されました。平均して、井戸の水位は毎年0.28メートルから0.51メートルの間で低下しています。この減少はあらゆる場所で同じ割合で起きているわけではありませんが、広範囲にわたっています。割れ目のある岩石帯であるカラー地域では、減少が最も深刻であり、井戸の約4分の3が著しい下降傾向を示しています。水が大きな地下通路を通じて素早く移動するガウテング州のドロマイト質岩層では、減少はやや緩やかですが、依然として懸念すべき状況です。河川沿いの砂の堆積物である沖積層も水を失っていますが、大雨の際にはある程度の回復力を見せています。この低下の主な要因は、気候変動による降水量の減少と、農業および工業のための汲み上げの増加の組み合わせです。研究者は、深刻な干ばつの間、水位が急落することがあり、雨が戻ってきたとしても、水位が以前の水準まで回復しないことが多いと指摘しています。

水の量が減少している一方で、水質も悪化しています。研究はいくつかの主要な化学物質を追跡し、水がより汚染されていることを発見しました。農場で使用される肥料や下水に由来することが多い硝酸塩レベルは、急激に上昇しています。農業の中心地では、硝酸塩の量は毎年12％近く増加しています。これは、特に乳幼児にとって深刻な健康リスクであり、高濃度の硝酸塩は血液が酸素を運ぶ能力を妨げる可能性があります。塩分レベルも上昇しており、特に海水が内陸に押し寄せる沿岸部や、蒸発によって塩分が濃縮される乾燥した内陸部で顕著です。また、採掘活動や石炭の燃焼に関連して、水はわずかに酸性化しています。これらの変化は単なる数字上の問題ではありません。かつて安全に飲めた水が飲めなくなり、家族のために十分な水を提供していた井戸が枯渇しつつあることを意味しています。

研究者はまた、異なる種類の岩石がこれらの圧力に対してどのように反応するかについても調査しました。彼らは、カラー地域の割れた岩石層が水量の減少に対して最も脆弱であり、沿岸部の帯水層は塩分濃度の上昇に対して最も脆弱であることを発見しました。大量の水を保持するドロマイト質帯水層は、水が地表から供給源へと非常に素早く移動するため、硝酸塩汚染に対して特に敏感です。研究は、現在の水管理の方法がこれらの変化に追いついていないことを強調しました。多くの地域で過剰な利用が行われており、水準を追跡するためのモニタリングシステムも、起きていることを正確に把握するには不十分です。多くの地域では、水が安全であるか、あるいは底をついているのかを知るための測定井戸の数が圧倒的に不足しています。

これらの課題に対処するため、著者は地下水管理への新しいアプローチを提案しています。現在研究が進んでいないノーザンケープ州やノースウェスト州を中心に、モニタリング井戸のネットワークを拡大することを推奨しています。また、衛星や自動センサーなどの現代技術を使用して、水位と水質をより明確かつ頻繁に把握することを提案しています。研究はまた、すでに水位が低くなっている地域における水の汲み上げ量に対する規制の強化や、汚染を防ぐための水源の上部にある土地の保護についても求めています。最後に、農家や住民は地元の井戸の変化に最初に気づく存在であるため、モニタメントに地域社会を関与させる必要性を強調しています。

このレビューから浮かび上がる図像は、重大なストレスにさらされている資源の姿です。南アフリカの地下水は数百万人にとっての命綱ですが、補充されるよりも速いスピードで枯渇しており、その質も低下しています。この研究は、状況が絶望的であると主張しているわけではありませんが、現在の道のりが持続不可能であることを明確にしています。地下水をより綿密に監視し、汲み上げをより慎重に管理し、帯水層の上部の土地を保護するための体系的な努力なしには、この国は水安全保障の重要な一部を失うリスクがあります。この知見は、この隠された資源が次世代にも利用可能であり続けるよう、政策立案者と科学者が協力することを促す「行動への呼びかけ」となっています。