Människor har gjort en anmärkningsvärd inverkan på planeten, från att rensa skogar för jordbruk och urbanisering till att förändra atmosfärens kemi med fossila bränslen. Nu, en ny studie i tidningen Natur avslöjar för första gången omfattningen av mänsklig påverkan på den globala vattencykeln.

Studien använde NASA's Ice, Cloud and Land Elevation Satellite (ICESat-2) för att sätta ihop den största datauppsättningen över säsongens vattennivåer på mer än 227, 000 sjöar, dammar och reservoarer över hela världen. Uppgifterna visar att även om människohanterade reservoarer endast utgör en liten andel av alla vattenförekomster, de står för 57% av de totala säsongsförändringarna av vattenlagring globalt.

"Vi tenderar att tänka på vattencykeln som ett rent naturligt system:Regn och snösmältning rinner ut i floder, som rinner till havet där avdunstning startar hela cykeln igen, sa Sarah Cooley, en postdoktor vid Stanford University som startade forskningsprojektet medan en doktorand vid Brown University. "Men människor griper faktiskt in väsentligt i den cykeln. Vårt arbete visar att människor är ansvariga för en majoritet av den säsongsbetonade variationen i lagring av ytvatten på jorden."

Cooley ledde arbetet med Laurence Smith, professor i miljövetenskap vid Brown, och Johnny Ryan, en postdoktor vid Institute at Brown for Environment and Society.

Forskarna säger att studien ger en kritisk baslinje för att spåra den globala hydrologiska cykeln då klimatförändringar och befolkningstillväxt sätter nya påfrestningar på sötvattentillgångar.

En extraordinär datamängd

Lanseras i omloppsbana 2018, ICESat-2:s främsta uppdrag är att spåra förändringar i tjocklek och höjd av isskivor runt om i världen. Det gör det med en laserhöjdmätare, som använder ljuspulser för att mäta höjden till en noggrannhet på 25 millimeter. Cooley, som har erfarenhet av att använda satelliter för att studera vattennivåer i arktiska sjöar, var intresserad av att få satellitens exakta mätkapacitet att hållas på sjönivåer över hela världen.

Cooley säger att ICESat-2:s laserhöjdmätare har mycket högre upplösning än instrument som tidigare använts för att mäta vattennivåer. Det gjorde det möjligt att samla en stor, exakt datauppsättning som inkluderade små dammar och reservoarer.

"Med äldre satelliter, du måste genomsnittliga resultat över ett stort område, som begränsar observationer till endast världens största sjöar, "Sa Cooley." ICESat har ett litet fotavtryck, så vi kan få nivåer för små sjöar som vi inte kunde komma nära innan. Det var viktigt för att förstå den globala vattendynamiken, eftersom de flesta sjöar och reservoarer är ganska små. "

Från oktober 2018 till juli 2020, satelliten mätte vattennivåerna 227, 386 vattendrag, sträcker sig i storlek från American Great Lakes till dammar med områden mindre än en tiondel av en kvadratkilometer. Varje vattendrag observerades vid olika tider på året för att spåra förändringar i vattennivåer. Forskarna korshänvisade de vattenförekomster de observerade med en databas med reservoarer över hela världen för att identifiera vilka vattenkroppar som var mänskligt kontrollerade och vilka som var naturliga.

Medan länder som USA och Kanada mäter reservoarenivåer och gör den informationen allmänt tillgänglig, många länder publicerar inte sådan information. Och mycket få sjöar och dammar som inte är reservoarer mäts alls. Så det fanns inget sätt att göra denna analys utan de exakta satellitobservationerna, sa forskarna.

Kommanderande vattencykeln

Studien fann att medan naturliga sjöar och dammar varierade säsongsmässigt med i genomsnitt 0,22 meter, människohanterade reservoarer varierade med .86 meter. Tillagda tillsammans, den mycket större variationen i reservoarerna jämfört med naturliga sjöar gör att reservoarerna står för 57% av den totala variationen. På några ställen, dock, mänskligt inflytande var ännu starkare än så. Till exempel, i torra regioner som Mellanöstern, Amerikanskt väst, Indien och södra Afrika, variation som tillskrivs mänsklig kontroll ökar till 90% och högre.

"Av alla volymförändringar i sötvattenförekomster runt planeten - alla översvämningar, torka och snösmältning som driver sjöns nivåer upp och ner - människor har kommenderat nästan 60% av den variationen, "Smith sa." Det är ett enormt inflytande på vattencykeln. När det gäller mänsklig påverkan på planeten, Detta är precis där uppe med inverkan på landtäckning och atmosfärisk kemi. "

Som den första globala kvantifieringen av mänskliga effekter på vattencykeln, resultaten kommer att ge en avgörande baslinje för framtida forskning om hur effekterna påverkar ekosystem runt om i världen, säger forskarna.

I en separat studie publicerad nyligen i Geofysiska forskningsbrev , forskargruppen kunde använda ICESat-2-data för att belysa hur reservoarvatten används. Studien visade att på platser som Mellanöstern, reservoarhalter tenderar att vara lägre på sommaren och högre på vintern. Det tyder på att vatten släpps ut under torrperioden för bevattning och dricksvatten. I kontrast, trenden på platser som Skandinavien var motsatsen. Där, vatten släpps ut på vintern för att göra vattenkraft för uppvärmning.

"Detta var en undersökande analys för att se om vi kan använda fjärranalys för att förstå hur reservoarer används i global skala, Sa Ryan.

Smith säger att han förväntar sig att satelliter kommer att spela en ökande roll i studier av jordens vattencykel. Under de senaste åren har han har arbetat med NASA på Surface Water and Ocean Topography -uppdraget, som helt kommer att ägnas åt denna typ av forskning.

"Jag tror att vi inom de närmaste tre åren kommer att se en explosion av högkvalitativa satellithydrologidata, och vi kommer att få en mycket bättre uppfattning om vad som händer med vatten över hela planeten, "Smith sa." Det kommer att få konsekvenser för säkerheten, gränsöverskridande vattenavtal, prognostisera grödoterminer och mer. Vi är precis på kanten av en ny förståelse av vår planets hydrologi. "