Forskare har använt satellitdata för att övervaka underjordiska vattenreserver i Kaliforniens Silicon Valley, upptäckte att vattennivåerna återhämtade sig snabbt efter en svår torka som varade 2012-15.
Forskningen pekar på framgången med aggressiva bevarandeåtgärder. Det bidrar också till att lägga grunden för lågkostnadsövervakning av underjordiska vattenreserver i Kalifornien och på andra håll i världen.
Underjordiska lager av vatten – inrymt i lager av poröst berg som kallas akviferer – är en av världens viktigaste källor till dricksvatten. De upprätthåller mänskliga populationer på platser från Silicon Valley till Peking. Cirka 2,5 miljarder människor på jorden är beroende av akviferer för vatten, och många av dessa förvar dräneras snabbare än de kan fyllas på igen, enligt United Nations Educational, Vetenskaplig och kulturell organisation.
Än, det är dyrt att hålla koll på dessa dyrbara reserver, säger Estelle Chaussard, PhD, en biträdande professor i geologi vid UB:s College of Arts and Sciences och huvudförfattare till den nya forskningen.
"För att övervaka akviferer, du måste övervaka vattennivåerna i så många brunnar som möjligt, " säger hon. "Så om du har 300 brunnar i området, du måste antingen ha någon som fysiskt går dit hela tiden, eller instrument i varje brunn som övervakar permanent, vilket är mycket kostsamt.
"Vi ville se om vi kunde använda en billig fjärranalysmetod som inte kräver markövervakning för att förstå hur våra akvifärer reagerar på ett förändrat klimat och mänsklig aktivitet."
Forskningen publicerades den 22 september i Journal of Geophysical Research . I teamet ingick Pietro Milillo och Eric J. Fielding från NASA:s Jet Propulsion Laboratory; Roland Bürgmann från University of California, Berkeley; Daniele Perissin från Purdue University; och Brett Baker från Santa Clara Valley Water District.
Silicon Valleys akvifär började återhämta sig mitt i torkan
Under torkan 2012-15, Santa Clara Valley Water District använde en rad bevarandeåtgärder. Dessa inkluderade att begränsa sprinkleranvändningen och att be kunderna att ta kortare duschar och omvandla gräsmattor och pooler till mindre törstiga landskap. Distriktet importerade också vatten utanför regionen.
Chaussard säger att dessa åtgärder kan ha hjälpt till att avvärja irreversibla skador på dalens akvifär. Hon förklarar att när grundvattennivåerna når rekordlåga, den porösa leran som reserverna finns i kan torka så mycket att leran inte kan suga upp vatten längre.
Den nya studien visar att detta inte hände i Santa Clara-dalen. På grund av intensiva vattenförvaltningsinsatser, Santa Clara Valley akvifer började faktiskt återhämta sig i slutet av 2014, när torkan fortfarande var stark, forskningen hittade. Grundvattnet hade återgått till nivåerna före torkan 2017.
Chaussard noterar att detta inte betyder att akviferer inte behöver skydd:Urban, jordbruk och andra användningar kan överbelasta dessa bassänger även i tider av riklig nederbörd, och många av Kaliforniens akvifärer övervakas inte tillräckligt.
Den senaste tidens torka ökade medvetenheten om vikten av grundvatten, med lagen om hållbar grundvattenhantering från 2014 som kräver att lokala och regionala myndigheter förvaltar denna resurs på ett hållbart sätt för första gången i statens historia efter årtionden av försummelse. Chaussard säger att satellitspårning kan ge en väg för att övervaka grundvattennivåer över Kalifornien i nästan realtid, en nyckelfaktor för att förhindra överanvändning.
Mäter små rörelser av jordens yta
Chaussards team använde en teknik som kallas InSAR—Interferometric Synthetic Aperture Radar—för att fånga de små upp-och-nerrörelserna på jordens yta som uppstår när vattennivån stiger eller faller under jorden.
"InSAR tillåter oss att exakt mäta små rörelser av jordens yta över stora områden, " Chaussard säger. "Forskare har använt det för att mäta ytdeformation relaterad till vulkaner och jordbävningar, vi utökade dess användning genom att använda den för att spåra grundvatten."
Hon anställde först InSAR för att övervaka akviferer 2014, och säger att metoden kan fungera var som helst i världen där satellitdata är tillgänglig, inklusive i utvecklingsländer med få resurser för övervakning.
Tekniken markerar en förbättring jämfört med traditionella metoder eftersom den tillåter forskare att mäta förändringar i vattennivåer över en stor region med stor frekvens. Uppgifterna i den nya studien kom från COSMO SkyMed, en konstellation av fyra italienska satelliter som gav information för hela Santa Clara Valley akvifären så ofta som en gång om dagen.
"Om du övervakar brunnar, även om du har många av dem, du kommer aldrig att ha full täckning av vad som händer, Chaussard säger. "Vår metod ger en mer komplett bild och hjälper till att fylla i luckorna."
