依赖科罗拉多河的社区正面临水危机。科罗拉多河最大的水库米德湖的水位已降至自胡佛水坝建成以来的最低水平。亚利桑那州和内华达州正面临首次强制性水削减，而其他水库正在释放水以保持科罗拉多河的水力发电厂运行。如果连强大的科罗拉多河及其水库都无法抵御气候变化加剧的热浪和干旱，西部将如何获取水源？一个隐藏的答案是地下水。随着气温上升和干旱使河流干涸、山脉冰川融化，人们越来越依赖脚下的水。
地下水资源目前为近半数世界人口提供饮用水，全球约40%的灌溉用水来自地下水。许多人没有意识到的是，许多地下水有多古老，以及它们有多脆弱。大部分地下储存的水已经存在了几十年，其中许多已经存在了数百年、数千年甚至数百万年。较老的地下水往往位于地下深处，不易受到干旱和污染等表面条件的影响。随着城市发展、人口增长和气候变化的压力下，较浅的水井干涸，古老的地下水变得越来越重要。
如果一块面包已经有一千年历史，你可能会注意到。地下一千年的水也可能味道不同。它从周围的岩石中浸出天然化学物质，改变了其矿物质含量。一些与地下水年龄相关的天然污染物，如提升情绪的锂，可能产生积极影响。其他污染物，如铁和锰，可能会带来麻烦。较老的地下水有时也太咸，不经昂贵处理无法饮用。在沿海地区，这个问题可能更严重：过度抽水会创造空间，使海水进入含水层并污染饮用水源。
古代地下水可能需要数千年的时间才能自然补充。正如加利福尼亚在2011-2017年干旱期间所见，随着地下储存空间排空，它们会压缩，因此无法恢复到之前的容量。这种压缩反过来会导致上方的土地开裂、弯曲和下沉。然而，随着干旱耗尽地表水，农场更加依赖地下水，今天人们在西部钻更深的水井。让我们想象一下15000年前加利福尼亚中部的一场暴雨。当风暴席卷现在的旧金山时，大部分雨水落入太平洋，最终蒸发回大气中。
然而，一些雨水也落入河流和湖泊以及干燥的土地。随着雨水渗入土壤层，它缓慢地进入地下水的“流道”。其中一些路径通向更深处，水在地下数百米的基岩裂缝中聚集。这些地下储水在某种意义上与活跃的水循环隔绝——至少在人类生命相关的尺度上。在加利福尼亚干旱的中部谷地，大部分可获得的古代水已被抽出地面，主要用于农业。在自然补充时间尺度为千年的地方，农业渗漏已经用较新的、通常被污染的水部分补充了一些含水层。
事实上，像弗雷斯诺这样的地方现在正积极用清洁水（如处理过的废水或雨水）重新补充含水层，这一过程称为“含水层管理补给”。2014年，在现代记忆中最严重的干旱中期，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，但如果你用完了它，你就会陷入困境。应对水需求的答案之一？钻得更深。然而，这个答案不可持续。
首先，它很昂贵：大型农业公司和锂矿开采公司往往是能够负担得起足够深的钻探的投资者，而小型农村社区则不能。其次，一旦你抽取了古老的地下水，含水层需要时间来补充。流道可能会被打断，切断对泉水、湿地和河流的自然供水。与此同时，地下压力的变化可能会使地球不稳定，导致土地下沉甚至引发地震。第三是污染：虽然富含矿物质的古老地下水往往比较年轻、较浅的地下水更清洁、更安全饮用，但过度抽水可以改变这一点。
随着水资源紧张的地区更加依赖深层地下水，过度抽水降低了水位并抽取了可能与较老的水混合的污染现代水。这种混合导致水质恶化，导致对更深水井的需求。还有其他关心古代地下水的理由。像真正的化石一样，极其古老的“化石地下水”可以教我们过去的事情。再次想象我们史前的暴雨：15000年前，气候与今天大不相同。在古代地下水中溶解的化学物质今天仍可检测到，为过去的世界打开了一扇窗。
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衰变的速率，因此我们可以测量它们以计算水与空气最后一次接触的时间。1950年代后消失在地下的较年轻地下水具有独特的人造化学特征：高水平的氚来自原子弹试验。其他溶解的化学物质像微型温度计一样。例如，氩和氙等稀有气体在冷水中比在暖水中溶解得更多，沿着已知精确的温度曲线。
一旦地下水与空气隔离，溶解的稀有气体就不会做太多事情。因此，它们保留了水第一次渗入地下时环境条件的信息。化石地下水中稀有气体的浓度为我们提供了对上一个冰河时期陆地温度最可靠的估计。这些发现为现代气候提供了洞察，包括地球平均温度对大气中二氧化碳的敏感性。这些方法支持了一项最近的研究，发现二氧化碳每翻倍一次，温度升高3.4摄氏度。
一些地区的人们，如新英格兰，多年来一直在饮用古代地下水，几乎没有耗尽可用水源的危险。定期降雨和多样的水源——包括湖泊、河流和积雪中的地表水——提供了地下水的替代品，并用新水补充含水层。如果含水层能跟上需求，水就可以可持续使用。然而，在西部，一个多世纪的未经管理和高昂的水使用意味着一些最依赖地下水的地区——干旱易受影响的干旱地区——已经浪费了曾经存在的地下古代水资源。
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。如果人们要抽干这个含水层，它将需要数千年的时间才能自然补充。它是干旱的重要缓冲，然而灌溉和水密集型农业正以不可持续的速度降低其水位。随着地球变暖，古老的地下水变得越来越重要——无论是从你的厨房水龙头流出，灌溉粮食作物，还是提供关于地球过去的警告，帮助我们为不确定的未来做准备。