Vatten är en tillfällig sak. Den kan komma ur en isolerad källa, som genom ett trollslag, att föda en porlande bäck. Den kan också gå genom en mäktig flod, sipprar ner i jorden tills allt som återstår nedströms är en skuggig arroyo, de närliggande träden ger den enda antydan om var vattnet har tagit vägen.

Samspelet mellan ytvatten och grundvatten förbises ofta av de som använder denna livsviktiga resurs på grund av svårigheten att studera den. Assistentprofessorerna Scott Jasechko och Debra Perrone, från UC Santa Barbara, och deras kollegor utnyttjade sin enorma databas med grundvattenmätningar för att undersöka samspelet mellan dessa relaterade resurser. Deras resultat, publiceras i Natur , tyder på att många fler floder över hela USA kan läcka vatten ner i marken än vad som tidigare insetts.

På många ställen ansluter ytvatten och grundvatten, medan de i andra är åtskilda av ogenomträngliga bergskikt. Det beror på den underliggande geologin. Men där de blandas, vatten kan övergå mellan att rinna över och under marken.

"Gaining rivers" tar emot vatten från det omgivande grundvattnet, medan "förlorande floder" sipprar in i den underliggande akvifären. Forskare hade inte en bra förståelse för förekomsten av vart och ett av dessa tillstånd på kontinental skala. Enkelt uttryckt, ingen hade tidigare sytt ihop så många mätningar av grundvatten, förklarade Jasechko, studiens medförfattare.

Att vinna och förlora floder

Typiska grundvattenstudier inkluderar vattennivåmätningar från några hundra till 1, 000 brunnar. Denna studie omfattar 4,2 miljoner.

Perrone och Jasechko ägnade år åt att sammanställa data från 64 byråer över hela USA och analysera resultaten. "Att sammanställa dessa data var ett enormt åtagande. Vi samlade in miljontals datapunkter och granskade hundratals artiklar under sex år, " sa Perrone.

Den resulterande databasen har utlöst ett antal av teamets efterföljande studier. "Vi kan använda denna omfattande datauppsättning på innovativa sätt för att svara på frågor som vi inte har kunnat ta itu med tidigare, " tillade hon.

För denna tidning, Jasechko, Perrone och deras medförfattare jämförde vattennivåer i brunnar med ytan av närmaste bäck. "Vi tillämpar en enkel metod på en stor datamängd, ", sa Jasechko. "Vi identifierar brunnar med vattennivåer som ligger under närmaste bäck, antyder att dessa närliggande bäckar kan läcka in i underytan om den är tillräckligt genomsläpplig."

Teamet fann att nästan två tredjedelar av brunnarna hade vattennivåer under närmaste bäck. Detta skapar en gradient som kan driva vatten från flodkanalen in i akvifären under.

"Vår analys visar att två av tre floder i USA redan tappar vatten. Det är mycket troligt att denna effekt kommer att förvärras under de kommande decennierna och vissa floder kan till och med försvinna", säger medförfattaren Hansjörg Seybold vid ETH Zürich.

"Fenomenet, satte igång för decennier sedan, är nu utbredd över hela USA. Det finns mycket fler strömmar som dränerar in i underliggande akviferer än vi först hade antagit, "Seybold fortsatte. "Eftersom floder och bäckar är en viktig vattenförsörjning för jordbruk och städer, situationens allvar kom som en överraskning."

Floder var särskilt benägna att tappa vatten i torra områden, längs platt topografi och i områden med omfattande grundvattenpumpning, de observerade. Ett utmärkt exempel på detta skulle vara platt jordbruksmark i halvtorra regioner som Kaliforniens Central Valley. "Vi suger bokstavligen floderna torra, " sa Seybold.

Att förlora floder kan påverka andra vattenanvändare, nedströms samhällen och ekosystem som är beroende av ytflöden. "Historiskt sett, vi har ofta behandlat dessa två resurser som separata resurser, "Vårt arbete belyser vikten av att betrakta grundvatten och ytvatten som en enda resurs där de är anslutna."

Forskarna fann också att förlorande floder har varit utbredd i USA under ganska lång tid, finns på många ställen åtminstone så långt tillbaka som 1940- och 50-talen. Och medan många vattendrag naturligtvis förlorar vatten, problemet kan förvärras av mänsklig aktivitet.

Människor har utvunnit vatten ur marken i tusentals år; i Amerika har de gjort så i hundratals år. Övningen accelererade efter andra världskriget och har varit utbredd sedan 1970-talet, åtföljs av de oönskade och oavsiktliga konsekvenser det medför.

"Det här är inget nytt fenomen, " Sade Jasechko. "Det har funnits med oss ​​i decennier."

Vattennivån varierar över år och decennier, och tyvärr har forskarna bara en datapunkt för många av brunnarna i deras prov. Annat arbete av teamet tyder på att grundvattnet vanligtvis inte fluktuerar med mer än några meter under loppet av ett år. Dock, vattennivån för de många brunnarna nära försvinnande floder var mer än två meter under ytan av närmaste bäck, öka forskarnas förtroende för att läckande floder sannolikt är utbredda.

"Vi kan bara observera brunnsvattennivåer där det finns brunnar, " Jasechko erkände. "Det är en uppenbar men viktig punkt. Vår analys är till sin natur partisk för platser där brunnar har borrats, och därför även till platser där grundvatten pumpas."

Även om forskarna inte ser någon enkel väg runt detta på kort sikt, de hoppas att deras resultat kan informera resurshantering och övervakning, kanske informerande policyer som finansierar fler övervakningsbrunnar i underövervakade områden.

"Stora studier som denna får folk att tänka på en bredare vattenpolitik, " sa Perrone. "Och för mig, det är därför det är viktigt att analysera kontinental skala."

"Min förhoppning är att den här studien får fler att tänka på sammankopplingen av grundvatten och ytvatten där dessa två resurser är sammankopplade, och det får också grundvattenpolitiken på kartan, " fortsatte hon. Så länge har denna resurs bokstavligen och bildligt sett varit borta från sikte.

Perrone och Jasechko planerar att utöka denna typ av storskalig analys till andra delar av världen och se hur pumpande och försvinnande floder påverkar grundvattenberoende ekosystem. Perrone har också för avsikt att koppla deras resultat tillbaka till sin instrumentpanel för grundvatten.

"Att förlora floder är inte något hypotetiskt scenario, " Jasechko uppgav. "De är här och nu." De är delvis resultatet av det senaste århundradet av vattenanvändning och missbruk.

"Om vi ​​har en bättre förståelse för hur utbrett detta fenomen är, då kan vi påverka framtida politik på ett positivt sätt, ", tillade Perrone. Eftersom samhället har passerat den punkt där det kan prata om förebyggande, pratar vi nu om respons.