En ny global, satellitbaserad studie av jordens sötvattenfördelning fann att jordens våta områden blir våtare, medan torra områden blir torrare. Data tyder på att detta mönster beror på en mängd olika faktorer, inklusive metoder för hantering av vatten, klimatförändringar som orsakas av människor och naturliga klimatcykler.

Det NASA-ledda forskargruppen, som inkluderade Hiroko Beaudoing, en fakultetsspecialist vid University of Marylands Earth System Science Interdisciplinary Center (ESSIC), använde 14 års observationer från uppdraget Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) för att spåra globala trender i sötvatten i 34 regioner runt om i världen.

Studien, publicerad den 17 maj, 2018 års nummer av tidningen Natur , inkluderade också satellitutfällningsdata från ESSIC-ledda Global Precipitation Climatology Project; Landsat -bilder från NASA och U.S. Geological Survey; bevattningskartor; och publicerade rapporter om mänsklig verksamhet relaterad till jordbruk, gruv- och reservoarverksamhet. Studietiden sträcker sig från 2002 till 2016.

"Det här är första gången vi har bedömt hur tillgången på sötvatten förändras, överallt på jorden, med hjälp av satellitobservationer, "sa Matt Rodell, huvudförfattare till tidningen och chef för Hydrological Sciences Laboratory vid NASA:s Goddard Space Flight Center. "Ett nyckelmål var att särskilja förändringar i lagring av markvatten orsakade av naturlig variation - våta perioder och torra perioder i samband med El Niño och La Niña, till exempel - från trender relaterade till klimatförändringar eller mänskliga effekter, som att pumpa grundvattnet ur en vattendragare snabbare än det fylls på. "

Sötvatten finns i sjöar, floder, jord, snö, grundvatten och isis. Dess förlust i isskikten vid polerna - hänförlig till klimatförändringar - har konsekvenser för havsnivåhöjningen. På mark, det är en av jordens viktigaste resurser för dricksvatten och bevattning. Medan vissa regioners vattentillförsel är relativt stabil, andra upplever normalt ökningar eller minskningar. Men den aktuella studien avslöjade ett nytt och oroande mönster.

"Det vi bevittnar är en stor hydrologisk förändring, "sa medförfattaren James Famiglietti från NASA:s Jet Propulsion Laboratory." Vi ser, för första gången, ett mycket distinkt mönster av de våta landområdena i världen som blir våtare - det är de höga breddgraderna och tropikerna - och de torra områdena mellan att bli torrare. Inbäddade i de torra områdena ser vi flera hotspots till följd av uttömning av grundvatten. "

Famiglietti noterade att medan vattenförlust i vissa regioner tydligt drivs av värmande klimat, såsom smältande isark och alpina glaciärer, det kommer att ta mer tid innan andra mönster otvetydigt kan hänföras till klimatförändringar.

"Mönstret för att bli våtare, torrt-torkning förutspås av mellanstatliga panelen för klimatförändringsmodeller för slutet av 2000-talet, men vi behöver en mycket längre datauppsättning för att definitivt kunna säga att klimatförändringar är ansvariga för uppkomsten av ett liknande mönster i GRACE -data, "Sa Famiglietti." Men den nuvarande banan är verkligen oroande. "

De två GRACE -satelliterna, lanserades 2002 som ett gemensamt uppdrag med German Aerospace Center (DLR), mätte exakt avståndet mellan de två satelliterna för att upptäcka förändringar i jordens tyngdkraftsfält orsakade av massrörelser på planeten nedan. Med denna metod, GRACE spårade variationer i lagring av markvatten på månatliga till årliga tidsskalor tills dess vetenskapliga uppdrag avslutades i oktober 2017.

Dock, GRACE -satellitobservationerna ensamma kunde inte berätta för Beaudoing, Rodell, Famiglietti och deras kollegor vad som orsakade en uppenbar trend.

"Vi undersökte information om nederbörd, agriculture and groundwater pumping to find a possible explanation for the trends estimated from GRACE, " said Beaudoing, who also has a joint appointment at NASA Goddard.

One of the big causes of groundwater depletion across the board was agriculture, which can be complicated by natural cycles as seen in California, Famiglietti said. Decreases in freshwater caused by the severe drought from 2007 to 2015 were compounded by groundwater withdrawals to support the farms in the state's Central Valley.

Southwestern California lost 4 gigatons of freshwater per year during the same period. A gigaton of water is the equivalent of the mass of water in 400, 000 Olympic swimming pools. A majority of California's freshwater comes in the form of rainfall and snow that collects in the Sierra Nevada as snowpack and then is managed through a series of reservoirs as it melts. When natural cycles led to dry years, causing diminished snowpack and surface waters, people relied on groundwater more heavily.

Downward trends in freshwater seen in Saudi Arabia also reflect agricultural pressures. From 2002 to 2016, the region lost 6.1 gigatons per year of stored groundwater. Imagery from the Landsat series of satellites shows the growth of irrigated farmland in the arid landscape from 1987 to the present, which explains the increased drawdown.

Natural cycles of rainy and dry years can also cause a trend in the 14-year data record that is unlikely to persist, Rodell said. An example is the western Zambezi basin and Okavango Delta, a vital watering hole for wildlife in northern Botswana. I denna region, terrestrial water storage increased at an average rate of 29 gigatons per year from 2002 to 2016. This wet period during the GRACE mission followed at least two decades of dryness. Rodell believes this is a case of natural variability that occurs over decades in this region of Africa.

The researchers found that a combination of natural and human pressures can lead to complex scenarios in some regions. Previously undocumented water declines occurred in northwestern China in Xin Jiang province. This region, about the size of Kansas, is bordered by Kazakhstan to the west and the Taklamakan desert to the south and encompasses the central portion of the Tien Shan Mountains.

Rodell and his colleagues had to piece together multiple factors to explain the disappearance of 5.5 gigatons of terrestrial water storage per year in Xin Jiang Province. Less rainfall was not the culprit. Additions to surface water were also occurring from climate change-induced glacier melt and the pumping of groundwater out of coal mines. But these additions were more than offset by depletions caused by an increase in water consumption for the irrigation of cropland and evaporation of river water from the desert floor.

The successor to GRACE, called GRACE Follow-On, a joint mission with the German Research Centre for Geosciences (GFZ), is at Vandenberg Air Force Base in California undergoing final preparations for launch.

The research paper, "Emerging Trends in Global Freshwater Availability, " Matthew Rodell, James Famiglietti, David Wiese, J.T. Reager, Hiroko Beaudoing, Felix Landerer and Min-Hui Lo, was published in the journal  Natur  on May 17, 2018.