Ett vattenförsörjningssystem som släpper ut vatten på ett fält. Kredit:USDA NRCS
Människor kan tillföra stora mängder koldioxid till atmosfären genom att använda grundvatten snabbare än det fylls på, enligt ny forskning. Denna process, känd som grundvattenutarmning, släpper ut en betydande mängd koldioxid i atmosfären som hittills har förbisetts av forskare vid beräkning av kolkällor, enligt den nya studien.
Studiens författare uppskattar att grundvattenutarmningen i USA kan vara ansvarig för att släppa ut 1,7 miljoner ton (3,8 miljarder pund) koldioxid till atmosfären varje år.
Baserat på dessa siffror, Utarmning av grundvatten bör rankas bland de 20 främsta källorna till koldioxidutsläpp som dokumenterats av US Environmental Protection Agency (EPA) och Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Detta skulle innebära att koldioxiden som släpps ut genom grundvattenutarmning är jämförbar med kolet som genereras från aluminium, glas, och zinkproduktion i USA, enligt studiens författare.
"Vi blev något förvånade över att detta inte har redovisats i litteraturen och i [EPA och IPCC] utvärderingar, sa David Hyndman, en hydrogeolog vid Michigan State University i East Lansing, Michigan och medförfattare till den nya studien accepteras för publicering i Jordens framtid , en tidskrift från American Geophysical Union.
Grundvattenutarmningens inverkan på koldioxidutsläppen är betydande men ändå relativt liten jämfört med de ledande bidragsgivarna, enligt författarna. Till exempel, Forskare uppskattar att förbränning av fossila bränslen i USA är ansvarig för att släppa ut mer än 5 miljarder ton (11 biljoner pund) koldioxid i atmosfären varje år, nära 3, 000 gånger den mängd som frigörs från grundvattenutarmningen. Fortfarande, studieförfattarna hävdar att det är viktigt att förstå alla källor till koldioxidutsläpp för att göra korrekta klimatförändringsprognoser och hitta lösningar.
"Det kommer inte att förändra vårt sätt att tänka om globala klimatförändringar. Det är bara en annan faktor inblandad som vi måste överväga, sa Warren Wood, en hydrogeolog vid Michigan State University och medförfattare till den nya studien.
"Det här är en idé som ett antal av oss har slagit runt lite, men jag tror att tillvägagångssättet här är riktigt nytt, sa Bill Simpkins, en hydrogeolog vid Iowa State University i Ames, Iowa som inte var inblandad i studien. "[Grundvattenutarmning] är verkligen inte en dokumenterad källa som människor känner sig skyldiga att lägga i sina klimatuppskattningar."
Grundvattnets kolkretslopp
Regn som faller från himlen innehåller samma mängd koldioxid som finns i atmosfären. Men markens koldioxidnivåer är upp till 100 gånger högre än koldioxidnivåerna i atmosfären, eftersom markmikrober bryter ned organiskt kol till koldioxid. När regnvatten träffar marken och sipprar genom jordens stenar och sediment, vattnet löser extra kol som produceras av dessa mikrober.
Om de lämnas åt sina egna enheter, detta kolrika vatten förblir under jord i hundratals till tusentals år innan det dyker upp i hav eller sötvattenförekomster. Men människor utvinner nu grundvatten i en aldrig tidigare skådad takt för att upprätthålla en växande befolkning. Enbart USA suger upp nästan 80 miljarder gallons (303 miljarder liter) vatten från jorden varje dag för att leverera dricksvatten och bevattna grödor, tillräckligt med vatten för att fylla Utahs Great Salt Lake fem gånger varje år.
Analysera utarmningens inverkan
Woods forskning har till stor del fokuserat på hydrogeologin i torra områden, men han minns att han plötsligt kom på konceptet för den nya studien en morgon efter kaffet. "Den kom till mig ungefär klockan 9.30 och klockan 11.30 hade jag gjort det första utkastet till manuskriptet, " sa Wood.
I den nya studien, Wood och Hyndman analyserade grundvattenutarmning och grundvattenkolkemiska data från U.S. Geological Survey (USGS) för att beräkna hur mycket koldioxid som sannolikt överförs från grundvattnet till atmosfären varje år.
USGS-forskare uppskattar att USA årligen utarmar 25 kvadratkilometer (9,7 kvadrat miles) av grundvatten, som innehåller ungefär 2,4 miljoner ton (5,2 miljarder pund) bikarbonat. Wood och Hyndman antog då konservativt att hälften av det frigjorda bikarbonatet omvandlas till atmosfärisk koldioxid.
Från denna information, Hyndman och Wood uppskattar att USA släpper ut cirka 1,7 miljoner ton (3,8 miljarder pund) koldioxid per år till atmosfären från grundvattenutarmning. Detta är mer än mängden koldioxid som produceras av produktionen av el som används för att driva 250, 000 hushåll i USA varje år.
Forskare vet mindre om grundvattenutarmning på global skala, men Wood och Hyndman förutspår att grundvattenutarmning släpper ut 9,7 till 13,5 miljoner ton (21,4 till 29,8 miljarder pund) koldioxid till atmosfären varje år globalt.
"Denna koppling mellan vatten under ytan och atmosfären är en mycket kreativ och originell syntes. Jag är inte medveten om någon som ens har föreslagit detta tidigare, sa Lenny Konikow, en forskare emeritus vid U.S. Geological Survey som inte var involverad i studien.
Forskarna noterar att denna studie fortfarande bara är ett preliminärt steg, men de hoppas att deras studie kommer att provocera fram djupgående forskning om koldioxidens roll från grundvattenutarmningen.
"Om vi kan förstå hur människor har en effekt, förhoppningsvis kan vi ta nästa steg och försöka mildra några av dessa effekter, sa Hyndman.