¿Qué métodos podría tomar una civilización antigua para extraer agua dulce de gran profundidad?

Mi abuelo cavó un pozo a mano en su rancho en el centro de Washington. 6 pies cuadrados, 160 pies (50 metros) de profundidad. La excavación fue bastante fácil, ya que era la formación Ringgold (el viento depositó arena fina y arcilla de hace unas pocas edades de hielo. Se han excavado pozos similares en el Medio Oriente. Sin embargo, no bombeó a mano. Construyó un flotador en el fondo, y poner en una bomba eléctrica.

Extendamos esto a 100m.

Para levantar un kg de agua 100m vas a gastar unos 1000J

Una persona puede hacer un trabajo útil a unos 100 W durante largos períodos de tiempo si está bien alimentada. https://en.wikipedia.org/wiki/Human_power (afirma 75 w, pero con entrenamiento mejorará) Un vatio es un julio por segundo. Entonces, una persona que use un dispositivo perfecto podría traer 6 kg, 6 litros o aproximadamente 1,5 galones de agua a la superficie por minuto.

Es probable que haga esto con una cadena de baldes en una cuerda para que el peso del balde que sube se equilibre con el peso que baja. Esto sería impulsado por una jaula para caminar para usar los grandes músculos de las piernas. Si puede reducir la fricción al 50% de la energía, una persona produce unos 200 litros, aproximadamente 1 barril, de agua por hora. Si tiene turnos de 12 horas (trabajo esclavo), cada esclavo trae 600 galones por día.

En un clima cálido y seco, una persona puede sudar alrededor de 4 galones de agua al día. Necesitará un poco de agua adicional para cocinar, lavar. Llámalo 10 galones por día. Entonces, en este nivel, necesita 1 esclavo en las ruedas hidráulicas por cada 60 personas en total.

Cultivos. Puede cultivar trigo en tierras secas con 10 pulgadas de lluvia al año, si deja la tierra en barbecho años alternos. Toma 16 pulgadas para cultivos anuales. En un clima desértico se necesitará más. Los tomates requieren 60 pulgadas de riego por temporada en el valle de San Joaquín.

La cebada puede hacer 100 bushels/acre, o alrededor de 3 toneladas. (60 libras/bushel para la mayoría de los granos) Los romanos marchaban con 2 libras de grano al día. 700 libras de grano por persona por año. Entonces, un acre admite 4 personas y algunos ratones. Un acre son cuarenta y tantos mil pies cuadrados. Entonces, un pie de agua es 40,000 pies cúbicos de agua o aproximadamente 300,000 galones. Así que se necesitan 500 días-hombre para bombear el agua. No estás regando con fuerza muscular humana. A 1/100 de la profundidad (1 metro de profundidad) su mano de obra es mayor que la productividad.

Está bien. No inunde el riego. Los israelíes son buenos para usar pequeñas cantidades de agua para los cultivos, colocándola exactamente donde se necesita.

O que llueva un poco. Tan pronto como llueve en un horario razonable, tienes vegetación que no es tierra de cultivo. Puedes pastar bichos. Así es también como el Sáhara, gran parte del Medio Oriente y Grecia se volvieron estériles, por el pastoreo.

Esto a su vez modifica el clima. Si las plantas no transpiran en el aire, hay menos agua para hacer llover.

Los animales no ayudan mucho. La paja no tiene suficiente nutrición para mantener a una vaca sola (tiene calorías pero poca proteína), por lo que también necesita algo de su grano para los bueyes.

Así que necesitas un cultivo diferente. Pero también debe justificar alguna combinación de menor uso de agua o mayor productividad. (Las papas AFAIK son las calorías más altas por acre).

Hay una razón por la que los pueblos del desierto a menudo son nómadas. Las excepciones ocurren cuando hay un río importante en el área. El Nilo se inundaba cada primavera, empapando la tierra y permitiendo la agricultura a largo plazo. Los ríos Tigris-Euprhates también tenían una temporada de inundaciones, y creo que tenían canales de riego por millas. Una de las razones para construir represas es llevar el agua a una posición en la que se pueda hacer correr cuesta abajo hasta un campo. Acueductos desde las montañas...

Echemos un vistazo a los sistemas de drenaje de las minas romanas .

Usaron una rueda que tenía cajas con agujeros sujetas a ella. Primero, el agua entraría en la caja cuando estaba abajo, luego la caja se elevaría y el agujero estaría por encima del agua. Luego, en la parte superior, la caja se volteaba y el agua salía por el agujero.

En las minas de Rio Tinto tenían una serie de ocho pares de ruedas como esta.

Entonces, 16 hombres elevaron 3 litros de agua por segundo desde 30 metros de profundidad. En Dakia se encontraron restos de un sistema como este. ¡Elevó el agua desde 75 metros! Imagina un infierno por el que pasaron esos hombres, girando esas ruedas durante años bajo tierra...

Tus padres están junto al océano, si mal no recuerdo. Su agua dulce solo puede bajar hasta cierto punto. Tierra adentro, puede profundizar, pero un problema con el agua dulce subterránea cerca del océano es que a menudo existe como una lente sobre el agua salada o salobre.

de https://pubs.usgs.gov/circ/2003/circ1262/http://earthsci.org/education/teacher/basicgeol/groundwa/groundwa.html

Este es el modelo de Ghyben-Herzberg que explica las fuentes de agua dulce sobre el agua salada. Me interesó ver que sus estudios se realizaron en la isla de Malta. Si perforas demasiado, te metes en el agua salobre. Por el contrario, si drena agua fresca más allá de su tasa de recarga (por la lluvia, etc.), la presión de la agua dulce sobre la sal disminuye y el agua salada puede entrometerse en sus pozos.

Un problema similar ya ha sido resuelto. Las soluciones adecuadas son

• Noria

una máquina activada por energía hidráulica y utilizada para elevar agua a un pequeño acueducto, ya sea con fines de riego o para uso en pueblos y aldeas.

• Tornillo de Arquímedes

una máquina utilizada históricamente para transferir agua desde un cuerpo de agua bajo a zanjas de riego. El agua se bombea girando una superficie en forma de tornillo dentro de una tubería.

Puede adaptarlos haciendo que los animales impulsen el movimiento.