En ny studie av forskare från UCLA och University of Houston avslöjar betydande grundvattenförluster i Kaliforniens Central Valley under den senaste torka och väcker frågor om hållbarhet för det viktiga jordbruksområdet.

Forskare spårade nettoförbrukningen av grundvatten i Central Valley från 2002 till 2016, som inkluderade två torka, en från 2007 till 2009 och den allvarligare torka från 2012 till 2016. Kaliforniens Central Valley är mer än 18, 000 kvadratkilometer från kusten till Sierra Nevada -bergen och är en av de största jordbruksnaven i USA, tillhandahåller mer än hälften av amerikansk frukt, grönsaks- och nötgrödor.

Under de två torktiderna, totalt 16,5 kubik kilometer och 40 kubik kilometer vatten gick förlorade, respektive, enligt studien publicerad i Geofysiska forskningsbrev . Den senaste torkan stod för mer än 10 kubik kilometer vatten som förlorades per år. Forskare tillskrev detta till minskad nederbörd och snösmältning, en förändring av typen av grödor som odlas och varmare temperaturer.

"För perspektiv, mängden material i samband med utbrottet av Mount St. Helens 1980 var cirka en kubik kilometer, "sa Dennis Lettenmaier, UCLA -professor i geografi som ledde studien. "Så, vi pratar om 40 gånger så mycket under den senaste torka. "

Under torka tvingas bönder i Central Valley att använda brunnar för att ersätta vatten som vanligtvis kommer från Colorado River Basin och Sierra Nevada bergen. Ökar allvarligheten av grundvattentömningen, torken 2012–2016 sammanföll med Central Valley-bönder som övergick från radgrödor till mer högvärde, törstiga grödor som mandel, pistagenötter och valnötter, som odlas i lundar. Till skillnad från radgrödor, trädgrödor kan inte lämnas träda under torra år utan att äventyra träden, och därmed framtida grödor.

Ökningen av grundvattenförlusten inträffade även med en minskning av mängden bevattnad mark, vilket minskade 7 procent från 2007 till 2009 jämfört med torka 2012–2016. Högre temperaturer under den senaste torktiden och övergången från rad till trädgrödor, svarade för det mesta av ökningen av grundvattenförlusterna mellan de två torka, och mer än uppvägde effekterna av en minskning av bevattnat mark, Sa Lettenmaier.

Grundvattenanvändning för växtbevattning i Central Valley är ett väldokumenterat problem med snabbknapp i Kalifornien. Det finns uppskattningsvis 100, 000 eller fler privata brunnar i området, några går tillbaka till 1930 -talet, och många övervakas av statliga eller federala myndigheter.

Att använda grundvatten för att bevattna grödor har miljömässiga och ekonomiska konsekvenser, Sa Lettenmaier. Sänkning är ett problem, för när vattennivån sjunker, jorden komprimeras. Och en lägre vattennivå ökar pumpkostnaderna för bönder.

"Att pumpa grundvatten under en torka är inte en orimlig strategi, "Lettenmaier sa." Men problemet är att för att ha ett hållbart system måste du fylla på det någon gång, och det finns i princip ingen plan för att göra det. "

I Kaliforniens komplicerade vattenrättssystem, varav några förvaltas av den federala regeringen, grundvattenanvändningen har varit i stort sett oreglerad. Men 2014, Kalifornien införde lagstiftning som kräver att lokala markplanerare och bönder skapar (eller går med i en befintlig) grundvattenhållbarhetsorganisation i slutet av detta år. De har fram till 2022 för att komma med planer som ska stabilisera grundvattenbassänger till 2040.

"Det är rättvist att anta att det kommer att bli ännu en torka, och rimligt att anta att det kommer att finnas användning av grundvatten även i den torka; brunnarna finns redan där, "Lettenmaier sa." Nu när denna senaste torka är i backspegeln, Det finns fortfarande frågor om hur mycket naturlig återvinning vi kan förvänta oss i grundvattnet och hur vatten kommer att hanteras i Central Valley. "

Studien stod för evapotranspiration, som är vatten som släpps ut i luften genom växttranspiration och markavdunstning, liksom nederbörd, och ytvatten som rinner in och ut från Central Valley.

Forskare använde två metoder för att spåra grundvattennivåer, traditionella vattenbalansuppskattningar - som tar hänsyn till ytvatteninflöde som nederbörd och snösmältning, jordfuktighet och evapotranspiration - och data från NASA:s tvilling -satellitsystem som kallas GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment).

"För denna studie, GRACE fungerade som ett unikt verktyg som gav information om vattenvolymförändringar direkt från rymden, och bekräftade uppskattningarna av vattenbalansen, "sade Hyongki Lee, en medförfattare till studien och professor i civil- och miljöteknik vid University of Houston.

GRACE -uppskattningar överensstämmer med vattenbalansuppskattningarna, med viss variation. GRACE -data uppskattar att förlusten av grundvatten från 2012 till 2016 var 11,2 kubik kilometer per år, jämfört med vattenbalansuppskattningar på 10 kubik kilometer per år. Och, medan vattenbalansdata visade viss återhämtning av grundvattenreserverna under de icke-torka åren, GRACE -data återspeglar inte det. GRACE:s mätningar omfattar ett område ungefär fyra gånger storleken på Central Valley.

"Även om både vattenbalansbaserade och GRACE-baserade grundvattenvolymberäkningar är föremål för fel, den relativt lilla delen av Central Valley i GRACE:s ögon kan också vara ansvarig för denna återhämtningsskillnad, "Sa Lee.