Vatten i högbergsregionerna har många ansikten. Frusen i marken, det är som en cementgrund som håller sluttningarna stabila. Glaciäris och snö förser floderna och därmed foten med vatten för dricksvatten och jordbruk under smältperioden. Intensiva skyfall med översvämningar och jordskred, å andra sidan, utgöra en livshotande risk för människor i dalarna. Undergrunden med sin förmåga att lagra vatten spelar därför en existentiell roll i bergstrakter.

Men hur kan vi avgöra hur tom eller full jordreservoaren är i områden som är svåråtkomliga? Forskare vid German Research Center for Geosciences (GFZ), tillsammans med kollegor från Nepal, har nu visat en elegant metod för att spåra grundvattendynamik i höga berg:De använder seismiska vågor, som de som genereras av markvibrationer, som de spelar in med mycket känsliga instrument. I likhet med medicinsk ultraljud, de utnyttjar det faktum att vågorna utbreder sig olika under olika förhållanden under ytan. Forskarna ledda av Luc Illien, Christoph Sens-Schönfelder och Christoff Andermann från GFZ rapporterar om detta i tidskriften AGU avancerar .

Seismiska vågor välkända från jordbävningar. Efter en bristning i underytan, de fortplantar sig snabbt och släpper lös destruktiva krafter. Dock, det finns också mycket mindre vågor orsakade, till exempel, med lastbilar, spårvagnar eller — i bergen — genom fallande sten. Marken vibrerar faktiskt hela tiden. Inom geovetenskap, detta kallas "seismiskt brus". Det som måste extraheras mödosamt från uppmätta data från seismometrar vid jordbävningsdetektering visar sig vara en värdefull informationskälla när man tittar in i underytan. Detta beror på att seismiska vågor utbreder sig annorlunda i den vattenmättade zonen än i den omättade zonen, även kallad vadoszon.

Luc Illien, en Ph.D. student vid GFZ, och hans kollegor använde två nepalesiska seismiska stationer vid 1, 200 och 2, 300 meter över havet. Luc Illien säger:"De nepalesiska Himalaya ger livsviktiga vattenresurser till en stor del av befolkningen i Sydasien. Det mesta av detta vatten dräneras genom bergsgrundvattenreservoarer som vi dåligt kan avgränsa." Studieområdet omfattade avrinningsområdet för en liten biflod till Bothe Koshi, en gränsflod mellan Kina och Nepal. Använda flera väderstationer och nivåmätare, teamet samlade in data, ibland varje minut, över tre monsunsäsonger. Från detta, de etablerade en grundvattenmodell som de kunde jämföra med de seismiska uppgifterna. Resultatet:avrinning till Bothe Koshi matas huvudsakligen från den djupa akvifären. Under torrperioden, lite vatten rinner ner i dalen. I monsunen, nivåerna stiger, men två distinkta faser kan identifieras. Först, det regnar utan att utsläppet ökar, men senare blir en tydlig korrelation mellan nederbörd och flodnivå uppenbar. Christoff Andermann, medförfattare till studien, förklarar, "Den första nederbörden fyller initialt på reservoarer i jorden nära ytan. När jorden väl är mättad med vatten, den djupa grundvattenreservoaren, som är direkt kopplad till floderna, fylls upp. En ökning av grundvatten återspeglas då omedelbart i stigande flodvattennivåer."

Jämförelsen med data från seismometrar visade att mättnaden av den vadosa zonen väl kan härledas från det seismiska bruset. "Endast genom att slå samman de hydrologiska observationerna med de seismiska mätningarna kunde vi analysera funktionen av vadoszonen som en länk mellan nederbörd och grundvattenreservoar, " säger Christoph Sens-Schönfelder. Första författare Luc Illien:"Att förstå hur reservoaren fylls och dräneras är avgörande för att bedöma dess hållbarhet. Från detta, vi kan inte bara göra förutsägelser för avrinning, men varnar också för ökad risk för jordskred och översvämningar."

Till exempel, om jorden redan är mättad med vatten, nederbörden rinner av mer ytligt och kan föra bort sluttningar. Klimatförändringarna förvärrar situationen genom att bidra till förändringar i storskaliga vädermönster och destabilisera bergsmiljön. GFZ:s vetenskapliga chef Niels Hovius, som bidrog till studien, säger:"Vårt arbete i Nepal och dess resultat visar hur viktigt det är att övervaka många påverkande faktorer. Dessa inkluderar grundvattenlagring, förändringar i markanvändning, landtäcke och nederbördsregimer. Att fånga och förutse sådana förändringar kommer att hjälpa oss att bättre förutse framtiden för sötvattenresurser och bergslandskap, speciellt när glaciärer fortsätter att smälta."