Среда, 21 февраля, 2024
ДомойЗемляЭхо из глубин: разгадка тайны исчезновения грунтовых вод

Эхо из глубин: разгадка тайны исчезновения грунтовых вод

- Advertisement -

Новаторское исследование ученых Калифорнийского университета в Санта-Барбаре представляет подробный анализ глобального уровня грунтовых вод, показывающий повсеместное снижение уровня грунтовых вод по всему миру. Изучая данные миллионов скважин и многочисленные публикации, исследование подчеркивает острую необходимость принятия мер по решению проблемы истощения водных ресурсов, а также предоставляет примеры успешных усилий по пополнению водоносного горизонта. Фото: SciTechDaily.com

Водоносные горизонты сокращаются во всем мире, но истории успеха показывают, что активное управление может обратить вспять эти тенденции.

Грунтовые воды быстро сокращаются по всему миру, часто ускоряющимися темпами. Пишу в журнале Природа, Исследователи Калифорнийского университета в Санта-Барбаре представляют крупнейшую в мире оценку уровня грунтовых вод, охватывающую почти 1700 водоносных горизонтов. Помимо поднятия тревоги по поводу сокращения водных ресурсов, работа предлагает поучительные примеры того, где дела идут хорошо, и как можно решить проблему истощения подземных вод. Исследование является благом для ученых, политиков и менеджеров ресурсов, работающих над пониманием глобальной динамики подземных вод.

Данные, лежащие в основе тенденций в области подземных вод

«Это исследование было вызвано любопытством. Мы хотели лучше понять состояние глобальных подземных вод, анализируя миллионы измерений уровня подземных вод», — сказала ведущий автор Дебра Перроне, доцент Программы экологических исследований Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.

Команда собрала данные из национальных и субнациональных отчетов и работы других агентств. Исследование заняло три года, два из которых были потрачены на очистку и сортировку данных. Это то, что нужно, чтобы понять смысл 300 миллионов измерений уровня воды в 1,5 миллиона скважин за последние 100 лет.

Затем последовала задача превратить поток данных в реальную информацию о глобальных тенденциях в области подземных вод. Затем исследователи изучили более 1200 публикаций, чтобы восстановить границы водоносных горизонтов в исследуемых регионах и оценить тенденции уровня грунтовых вод в 1693 водоносных горизонтах.

В этом документе представлен наиболее полный отчет о тенденциях уровня грунтовых вод во всем мире. Более темные цвета указывают на изменения на 10 см/год и более. Фото: Ясечко и др.

Их результаты представляют собой наиболее полный на сегодняшний день анализ глобальных уровней подземных вод и демонстрируют распространенность истощения подземных вод. В ходе работы выяснилось, что уровень грунтовых вод снижается в 71% водоносных горизонтов. И это истощение ускоряется во многих местах: темпы истощения грунтовых вод в 1980-х и 90-х годах ускорились с 2000 года по настоящее время, подчеркивая, что серьезная проблема стала еще хуже. Ускоряющееся снижение происходит почти в три раза больше мест, чем можно было бы ожидать случайно.

Ускорение спада и решения для восстановления

Углубление грунтовых вод чаще встречается в более засушливом климате, причем ускоренное сокращение особенно распространено на засушливых и полузасушливых землях, находящихся под возделыванием. Управление. «Но одно дело — быть интуитивно понятным. Совсем другое — показать, что это происходит на реальных данных».

С другой стороны, есть места, где уровень стабилизировался или восстановился. Снижение уровня грунтовых вод в 1980-х и 90-х годах обратилось вспять в 16% систем водоносных горизонтов, по которым у авторов были исторические данные. Однако эти случаи встречаются лишь вдвое реже, чем можно было бы ожидать случайно.

«Это исследование показывает, что люди могут изменить ситуацию целенаправленными и концентрированными усилиями», — сказал Ясечко.

Возьмем, к примеру, Тусон, штат Аризона. Вода, выделяемая из реки Колорадо, используется для пополнения водоносного горизонта в близлежащей долине Авра. Проект хранит воду для будущего использования. «Подземные воды часто рассматриваются как банковский счет воды», — пояснил Ясечко. «Намеренное пополнение водоносных горизонтов позволяет нам хранить эту воду до тех пор, пока она не понадобится».

Сообщества могут потратить много денег на строительство инфраструктуры для удержания воды над землей. Но если у вас есть правильная геология, вы можете хранить огромные количества воды под землей, что намного дешевле, менее разрушительно и менее опасно. Хранящиеся подземные воды также могут принести пользу экологии региона. Фактически, при подготовке краткое исследование в 2014 году Перроне обнаружил, что пополнение водоносного горизонта может хранить в шесть раз больше воды на доллар, чем поверхностные водоемы.

Пополнение подземных вод Тусона является благом для местного водоносного горизонта; однако из-за отвода воды могучая река опустилась над землей. Колорадо уже редко достигает своей дельты в Калифорнийском заливе. «Эти вмешательства в подземные воды могут иметь свои компромиссы», — признал Ясечко.

Нормативные меры и технологические знания

Другой вариант — сосредоточиться на сокращении спроса. «Часто это связано с правилами, разрешениями и платой за использование подземных вод», — пояснил Перроне. С этой целью в настоящее время она изучает водное право на западе США, чтобы понять эти разнообразные меры. Исследование показало, что независимо от того, вызвано ли это предложением или спросом, восстановление водоносного горизонта, похоже, требует вмешательства.

Авторы дополнили измерения мониторинговых скважин данными эксперимента Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE). Миссия GRACE состоит из спутников-близнецов, которые точно измеряют расстояние между ними на орбите Земли. Таким образом, аппараты обнаруживают небольшие колебания гравитации планеты, что может выявить динамику водоносных горизонтов в больших масштабах.

«Прелесть GRACE в том, что она позволяет нам исследовать состояние подземных вод там, где у нас нет данных на месте», — сказал Перроне. «Наша оценка дополняет GRACE. Там, где у нас есть данные на месте, мы можем изучить состояние грунтовых вод на местном уровне, что является решающим уровнем разрешения, когда вы управляете истощением». Как выяснили авторы, такое локальное разрешение имеет решающее значение, поскольку соседние водоносные горизонты могут демонстрировать разные тенденции.

Тем не менее, тенденции уровня грунтовых вод не отражают всей картины. Даже там, где водоносные горизонты остаются стабильными, забор грунтовых вод все равно может повлиять на близлежащие ручьи и поверхностные воды, вызывая их утечку в недра, как подробно описали Перроне и Ясечко в другой Природа бумага в 2021 году.

Авторы также проанализировали изменчивость осадков за последние четыре десятилетия для 542 водоносных горизонтов. Они обнаружили, что 90% водоносных горизонтов, где истощение ускоряется, находятся в местах, где условия стали более сухими за последние 40 лет. Эти тенденции, вероятно, привели к сокращению пополнения подземных вод и увеличению спроса. С другой стороны, изменчивость климата также может привести к восстановлению грунтовых вод там, где условия становятся более влажными.

Данное исследование мониторинга скважин дополняет бумага Перроне и Ясечко опубликовали результаты в 2021 году. Это исследование представляет собой крупнейшую в мире оценку скважин подземных вод и попало на обложку журнала Science. «Мониторинговые скважины передают нам информацию о поставках. А колодцы подземных вод сообщают нам информацию о спросе», — сказал Перроне.

«В совокупности они позволяют нам понять, какие скважины уже пересохли или, скорее всего, пересохнут, если произойдет снижение уровня грунтовых вод», — добавил Ясечко.

Перроне и Ясечко сейчас изучают, как уровень грунтовых вод меняется с течением времени в контексте изменения климата. Сопоставление этих скоростей изменений с глубинами реальных скважин позволит лучше прогнозировать, где доступ к подземным водам находится под угрозой.

«Истощение подземных вод не является неизбежным», — сказал Ясечко. Глобальные исследования высокого разрешения позволят ученым и чиновникам понять динамику этого скрытого ресурса.

Ссылка: «Быстрое сокращение грунтовых вод и некоторые случаи восстановления водоносных горизонтов во всем мире», Скотт Ясечко, Хансйорг Сейболд, Дебра Перроне, Инь Фань, Мохаммад Шамсуддуха, Ричард Г. Тейлор, Отман Фаллата и Джеймс В. Киршнер, 24 января 2024 г., Природа.
DOI: 10.1038/s41586-023-06879-8

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме