Usage of Groundwater Isotopes to Reconstruct the Paleoclimate of Kuwait For Water Resources Management Strategies

تمت خلال هذا المشروع دراسة النظائر البيئية والغازات النبيلة لعينات من المياه الجوفية التي تم جمعها من مكمني مجموعة الكويت وتكوين الدمام لتقييم درجة حرارة الغلاف الجوي، وتتبع المصادر المحتملة للرطوبة الجوية (الأمطار) أثناء شحن هذين المكمنين، بالإضافة الى تحديد عمر المياه الجوفية الموجودة فيهما. وتشير نتائج الدراسة إلى أن درجات حرارة المياه الجوفية أثناء شحن مكمن مجموعة الكويت قد تراوحت بين 20.10 و 26.94 درجة مئوية، بمتوسط بلغ 22.56 درجة مئوية، فيما تراوحت درجات حرارة المياه الجوفية أثناء شحن مكمن تكوين الدمام بين 15.74 و 28.46 درجة مئوية، بمتوسط بلغ 22.49 درجة مئوية. كما تشير نتائج مقارنة متوسط درجات حرارة المياه الجوفية في مكمني مجموعة الكويت وتكوين الدمام إلى أن شحن المكمنين المذكورين قد تم في ظروف جوية متشابهة. إضافة إلى ذلك، أشارت نتائج الدراسة إلى أن متوسط عمر المياه الجوفية في مكمني مجموعة الكويت وتكوين الدمام قد بلغ 11,424 و 21,810 سنة قبل الوقت الحاضر على التوالي، حيث يتوقع أن يكون شحنهما قد تم خلال عصر البليستوسين المتأخر نتيجة هطول الأمطار التي كان منشؤها البحر الأبيض المتوسط. كما أكدت نتائج الدراسة أن مكمن تكوين الدمام لم يشهد فعلياً أية تغذية للمياه الجوفية الموجودة فيه منذ حوالي 15,000 سنة قبل الوقت الحاضر مما يدل على محدودية مصدر المياه في هذا المكمن وهو ما يتطلب تطوير استراتيجيات فعالة لإدارة المياه الجوفية في هذا المكمن واستغلالها بطريقة مستدامة. علاوة على ذلك، تشير نتائج المشروع إلى أن المناخ الذي كان سائداً في منطقة الدراسة قد مر خلال ما يقارب 36,000 سنة ماضية بسلسلة من الظروف المناخية الباردة والرطبة (المطيرة)، والحارة القاحلة، حيث تراوح المتوسط السنوي لدرجات حرارة الهواء بين 21.56 درجة مئوية خلال فترة ما قبل الذروة الجليدية الأخيرة و 24.64 درجة مئوية خلال فترة ما بعد الذروة الجليدية الأخيرة، كما شهدت الظروف المناخية ارتفاعاً في درجات الحرارة بلغ 3.08 درجة مئوية أثناء الانتقال من فترة ما قبل الذروة الجليدية الأخيرة إلى فترة ما بعد الذروة الجليدية الأخيرة. ويشير الارتفاع الحاصل في نسبة الهواء الزائد في المياه الجوفية التي تم شحنها خلال فترة ما بعد الذروة الجليدية الأخيرة بالمقارنة مع المياه الجوفية التي تم شحنها خلال فترة ما قبل الذروة الجليدية الأخيرة والذي بلغ حوالي 84٪ إلى العديد من فترات هطول الأمطار المتقطعة في منطقة التغذية خلال عصر البليستوسين المتأخر. ومن المتوقع أن تعين النتائج المستخلصة من هذه الدراسة حول درجات الحرارة القديمة الباحثين والعاملين في مجال المياه من خلال توفير قاعدة لمعايرة النماذج العالمية للرصد المناخي والتي يمكن الاستفادة منها في التنبؤ بالسيناريوهات المناخية المستقبلية الأمر الذي من شأنه مساعدة متخذي القرار والمدراء في تطوير خطط وسياسات فعالة لإدارة المياه الجوفية واستخدامها بطريقة مستدامة. كما يتوقع أن تستلفت نتائج الدراسة حول درجات الحرارة القديمة اهتمام المجتمع العلمي بأهمية منطقة الدراسة ومساهمتها في خريطة العالم لدرجات الحرارة القديمة.

In this project, the environmental isotopes and noble gases in groundwater samples collected from the Kuwait Group (KG) and the deeper Dammam Formation (DF) aquifers were studied to assess the atmospheric temperatures, trace the source of atmospheric humidity (precipitation) at the time of recharge of these aquifers, and determine the age of the groundwater. The results obtained show that the recharge temperatures of the groundwater in the KG aquifer ranged from 20.10 ºC to 26.94 ºC, with an average value of 22.56 ºC, while those of the DF aquifer ranged from 15.74 ºC to 28.46 ºC, with an average value of 22.49 ºC. A comparison of the average recharge temperatures of the groundwater in the KG and the DF aquifers indicated the occurrence of recharge under similar atmospheric conditions. Average ages of 11,424 years BP and 21,810 years PB were identified for the groundwater of the KG and the DF aquifers, respectively. The recharge period is expected to be during late Pleistocene under the influence of precipitation originating from the Mediterranean Sea. Practically, the absence of recharge in the DF aquifer from about 15,000 years BP would indicate that the source of water is finite and this, in turn, underscores the need for the development of better management strategies and sustainable utilization schemes of the groundwater reserves in this aquifer. During the last 36,000 years, the climate of the study area has gone through a series of cold-moist (pluvial) and warm-arid conditions, with mean annual air temperatures (MAATs) of 21.56 °C during pre-last glacial maximum (LGM) and 24.64 °C during post-LGM. Transition of the climate from pre-LGM to post-LGM was marked by an increase of 3.08 °C in temperature. The increase in access air (∆Ne) by 84% in the groundwater recharged during post-LGM compared to that of the groundwater recharged during pre-LGM suggested high quantity of intermittent rainfall events during the late Pleistocene period in the recharge area. The findings of this study on paleotemperatures are expected to benefit research scientists and professionals working in the water field by providing a basis for calibrating global climate models and hence in predicting future climatic scenarios. This would, in turn, help the decision makers and managers in developing robust plans and policies for the sustainable management and utilization schemes of the existing groundwater resources in Kuwait. The paleotemperature findings of the study are also expected to be of interest to the scientific community in terms of adding important facets of the study area to the global paleotemperature map.