Seismiskt buller – de lågnivåvibrationer som orsakas av allt från tunnelbanetåg till vågor som slår mot stranden – är oftast något seismologer arbetar för att undvika. De räknar ut det från modeller och skapar algoritmer som syftar till att eliminera det så att de kan identifiera signalerna från jordbävningar.

Men Tim Clements tror att det kan vara ett verktyg för att övervaka en av de mest värdefulla resurserna i världen - vatten.

En doktorand som arbetar i labbet hos biträdande professor i jord- och planetvetenskaper Marine Denolle, Clements är huvudförfattare till en nyligen genomförd studie som använde seismiskt brus för att mäta storleken och vattennivåerna i underjordiska akviferer i Kalifornien. Tekniken kan till och med användas för att spåra om och hur akvifärer återhämtar sig efter nederbörd, och förstå geologiska förändringar som kan inträffa när vatten pumpas ut. Studien beskrivs i en nyligen publicerad artikel i Geofysiska forskningsbrev .

"Sättet detta vanligtvis skulle göras idag skulle vara att göra en mätning vid en grundvattenbrunn, "Sa Clements." Och om du har ett nätverk av dessa brunnar, du kan utveckla en modell där du antar ett antal hydrologiska parametrar...och som låter dig mäta akvifärens hälsa.

"Men det vi visade är att vi bara kan direkt mäta dessa vågor som färdas genom hela akvifären, " fortsatte han. "Så vi behöver inte göra de antagandena, eftersom vi direkt kan mäta vågorna."

Med hjälp av dessa mätningar, forskare kunde mäta vattendjupet i San Gabriel Valley akvifer, ligger strax utanför Los Angeles, inom en centimeter. Ansträngningar att mäta storleken på akvifären begränsades av det befintliga seismiska nätverket, Clements sa, och så var exakta bara till ungefär en kilometer.

"Det ger oss ett sätt att börja tänka på volym, ", sa Denolle. "Vad vi fann är att med den här metoden motsvarade volymen som vi beräknade att den hade pumpats ut ur akvifären den volym som publicerades."

"Vi uppskattade det till ungefär en halv kubikkilometer, " sa Clements. "Och det är precis vad San Gabriels vattenmästare sa att de pumpade ut under torkan för att möta efterfrågan."

Den torka, Clements sa, var en anledning till att forskare valde att fokusera på San Gabriel-dalen.

"De hade upplevt en massiv torka under de senaste fem åren, och det finns över 1 miljon människor som bor i detta relativt lilla område utanför Los Angeles som är beroende av grundvattnet för alla sina behov av vattenanvändning, " sa han. "Under de senaste fem åren, de hade förlorat en stor mängd grundvatten, och det är en stor ekonomisk kostnad för det, så vårt mål var att förstå om vi kan använda seismiska vågor för att förstå vad som händer med akvifären."

Regionen är också redan utrustad med ett nätverk av seismografer, han sa, vilket gör det relativt enkelt att få seismiska brusdata och använda dem för att undersöka akvifären.

Även om studien inte var den första som fick idén att använda seismiskt brus för att studera grundvatten, Denolle sa att tidigare ansträngningar försvårades eftersom de förlitade sig på en signal som var relativt svag i jämförelse med miljöfaktorer som temperatur och tryck.

"Det här var en stor signal vi tittade på, " sa hon. "Vakvifären svängde med 20 meters vattenhöjdsförändringar på ett par år, så det är en större signal än någon miljöpåverkan."

Systemet kan också vara ett användbart verktyg för alla som är involverade i vattenresursförvaltning, Clements sa, eftersom det kan ge dem en ögonblick-för-ögonblick av exakt vad som händer i en underjordisk akvifer.

"Detta kan användas för vattenhantering, ", sa Clements. "I den här studien, vi tittade på cirka 17 års data, från 2000 till 2017, men framöver skulle detta kunna användas i en vattenhanteringsapplikation, så att du kan få en bild av vad som händer med akvifären på en daglig basis."

Förutom att tillhandahålla grundvattenmätningar, Tekniken kan också användas för att övervaka en akvifers hälsa över tid.

"Om vi ​​hade uppgifterna, vi kanske kan använda denna teknik för att se tillbaka på hur akvifärer såg ut förr och studera den långsiktiga utvecklingen av en akvifär, ", sa Denolle. "En av utmaningarna för människor som hanterar vattenresurser är om akviferer fortfarande svarar elastiskt, vilket betyder kan vi ladda den med samma lagringskapacitet eller tappar den kapacitet med tiden när vi pumpar ut vatten? Med hjälp av seismiska vågor, vi kan potentiellt ta reda på om dessa akviferer är elastiska eller inte."

Går framåt, Clements sa, han planerar att hitta sätt att förbättra systemets upplösning på både mikro- och makronivå.

Arbetar i samarbete med fakulteten vid Tufts University, han installerade brunnar och seismometrar på campus för att spåra förändringar när grundvatten pumpas upp till ytan för att bevattna idrottsplatser. Andra ansträngningar är inriktade på att använda det befintliga seismometernätverket i Kalifornien för att förbättra sätt att mäta den totala storleken på akviferer.