Air tanah fosil, atau sering juga disebut air tanah purba (paleowater), adalah air tanah yang terperangkap di dalam lapisan akuifer bawah permukaan selama ribuan, bahkan jutaan tahun. Air ini pada dasarnya merupakan sisa-sisa air hujan atau air lelehan es yang terakumulasi pada masa lalu geologis ketika kondisi iklim di suatu wilayah sangat berbeda dengan kondisi saat ini.
Karakteristik utama yang membedakan air tanah fosil adalah usianya yang sangat tua. Di banyak daerah kering, air tanah yang kita akses hari ini mungkin berasal dari periode glasial terakhir ketika curah hujan jauh lebih tinggi. Karena siklus pengisian ulangnya (recharge) sangat lambat—atau bahkan terhenti sama sekali karena perubahan iklim atau terhalang lapisan batuan kedap air (aquitard)—air ini dianggap sebagai sumber daya yang tidak terbarukan dalam skala waktu manusia.
Representasi visual lapisan geologi yang menjebak air tanah fosil di bawah lapisan kedap air.
Di banyak wilayah yang menghadapi krisis air akibat kekeringan berkepanjangan atau kenaikan populasi, air tanah fosil menjadi "dana darurat" hidrologis. Karena cadangannya besar dan lokasinya sering kali stabil jauh di bawah permukaan tanah, ia menawarkan ketahanan pasokan air yang tidak dipengaruhi oleh variasi iklim tahunan.
Pemanfaatannya memungkinkan keberlanjutan kegiatan pertanian skala besar atau pasokan air minum kota di daerah gurun atau semi-kering. Beberapa negara, seperti Libya dan negara-negara di Timur Tengah, telah bergantung pada sistem akuifer fosil raksasa (seperti Nubian Sandstone Aquifer System) untuk memenuhi kebutuhan dasar mereka selama beberapa dekade. Dalam konteks perubahan iklim global, air purba ini menjadi aset strategis yang vital.
Meskipun melimpah, eksploitasi air tanah fosil harus dilakukan dengan sangat hati-hati. Karena sifatnya yang tidak terbarukan dalam jangka pendek, pengambilan air yang berlebihan akan menyebabkan penurunan muka air tanah secara permanen. Setelah akuifer mengering, ia mungkin tidak akan terisi kembali dalam rentang waktu hidup peradaban manusia.
Selain risiko penipisan, ada isu kualitas. Air fosil yang sangat tua mungkin memiliki konsentrasi mineral terlarut yang tinggi, termasuk garam atau arsenik, karena kontak geologis yang sangat lama dengan batuan di sekitarnya. Sebelum digunakan untuk konsumsi atau irigasi, air ini sering memerlukan proses pengolahan khusus. Oleh karena itu, pengelolaan air tanah fosil harus diatur secara ketat, menyeimbangkan kebutuhan mendesak dengan prinsip keberlanjutan. Penetapan batas laju penarikan (sustainable yield) yang sangat rendah adalah kunci untuk memastikan cadangan ini tetap tersedia untuk generasi mendatang sebagai benteng pertahanan terakhir saat krisis air ekstrem melanda.