Mycket av Kaliforniens 50 miljarder jordbruksindustri beror på grundvatten. Vi ser vanligtvis bara vad detta vatten möjliggör ovanför jorden:mandel- och pistaschlundar, citrusodlingar, rader av sallad och vinrankor och boskapsbesättningar i en dal som levererar en fjärdedel av landets mat även när ytvattnet är knappt.

Men det händer mycket under ytan. Djupt under jorden, invecklade kanaler av sand och grus väver genom tätt packade leror och silter, låta jorden hålla vatten som en svamp.

Överdriven pumpning kan pressa ut svampen, permanent tömmer en akvifers lagringskapacitet och släpper ut giftigt arsenik i vattenförsörjningen. I Kaliforniens bördiga Central Valley, år av skenande checkräkningskrediter har lett till brist på många låginkomsttagare, övervägande latinogrupper och fick brunnarna att torka och markytan sjönk, skadlig infrastruktur.

"För den längsta tiden, hanteringen av våra grundvattensystem försummades, "sa Stanford University geofysiker Rosemary Knight." Folk förstod inte riktigt vad som hände och insåg inte behovet av noggrann hantering. "

Dolda strukturer

Mitt i en snabbt förvärrad torka och ett kaliforniskt mandat för att få uttag och depositioner från akvifer till 2040, det är nu allt viktigare att bättre förstå de dolda strukturerna i grundvattenbassänger.

En möjlig lösning för att balansera budgeten för vattenlevande vatten innebär att strategiskt översvämma ett fält, fruktträdgård eller dedikerad laddningsdamm och låta vattnet sippra ner genom sandiga kanaler. I forskning som publicerades tidigare denna månad i Vadose Zone Journal , Riddare och postdoktor Meredith Goebel visar ett nytt sätt att bedöma platser för denna typ av hanterad vattenladdning med jordmätningar och ett geofysiskt system bogserat av ett terrängfordon.

Det geofysiska systemet förlitar sig på en process som liknar medicinsk avbildning av kroppen och innebär undersökning av underjorden till ett djup av 200 fot med ett magnetfält. Detta ger ett mått på elektrisk resistivitet, som tenderar att vara högre i sand och grus än i leror som kan blockera vatten från att nå vattendrag. Nästa, samma sträng land undersöks med en metod som kallas kottepenetrometertest, där tekniker skjuter in en sensorbelastad stålkotte ca 70 fot i marken på flera ställen runt platsen för att bestämma sedimenttyper.

Beväpnad med båda datamängderna, Knight och Goebel visar hur man matematiskt omvandlar resistivitetsmätningarna till sedimenttyp, effektivt tillhandahålla nycklarna för att låsa upp en 3D -karta över vad som ligger under potentiella laddningsplatser. "Detta är ett sätt för vattenförvaltare att bedöma mark innan de förbinder sig till bekostnad av att förvärva det och genomföra en laddningsoperation, "sa Knight, George L. Harrington -professorn i Stanford's School of Earth, Energi- och miljövetenskap (Stanford Earth).

Goebel säger att det är dags att bygga dessa kartor. "För många av dessa laddningsoperationer i Central Valley, de pratar om att försöka fånga översvämningarna under våta år. De måste göra mycket benarbete nu för att vara redo när vattnet kommer, " Hon sa.

Det kan också hjälpa till att lindra odlarnas oro över översvämning av deras mark, Knight tillagd. "Det sista vi vill är att översvämma ett fält och förlora mycket av det vattnet genom avdunstning. Eller ännu värre, ha vattenloggad jord som skadar trädrötterna i en mandelträdgård eller ökar risken för att träden blåser över, "sade Knight, som också är seniorkarl vid Stanford Woods Institute for the Environment.

Förvärrade torka

Forskningen kommer när torka åter intensifieras över Kalifornien och väst, med cirka 87 procent av regionen nu upplever en viss nivå av torka och de flesta Kalifornien län står inför extrema torka förhållanden eller värre. Över hela världen, ny forskning tyder på att upp till var femte brunn globalt riskerar att torka ut om grundvattennivån sjunker med några meter. "Hållbar förvaltning av våra grundvattenresurser är avgörande för att stödja både mänskliga behov och funktionen av naturliga ekosystem, "Sade Knight." Vi kan inte fortsätta pumpa grundvattnet till den grad att bäckar inte längre flödar och fisk inte längre gyter. "

Knight har länge arbetat med att utöka luftburna elektromagnetiska undersökningar av grundvattensystem i Kalifornien, och i sommar är statens vattenmyndighet planerad att påbörja ett projekt på 12 miljoner dollar som kartlägger grundvattenbassänger i hela Kalifornien genom att tolka data som erhållits av en sändarslinga som är avstängd från en helikopter - ett tillvägagångssätt som Knight hjälpte till att förfina för ansökan i Kalifornien genom hennes ledning av två -årigt pilotprojekt.

Den nya metoden tar ner det luftburna systemet till jorden, överföring av elektromagnetiska signaler från en enhet - utvecklad under de senaste fem åren vid danska Aarhus -universitetet - som råkar passa snyggt mellan rader med mandelträd. Knight och Goebel arbetade med en mandelodlare och regionala vattenförvaltare för att skicka systemet som studsade på en släpvagn som bogserades av ett terrängfordon genom en lund i Tulare County i Kalifornien, som nu nästan helt befinner sig i ett tillstånd av "extrem torka".

Långsiktigt, Knight föreställer sig att grundvattenladdning ska räknas till zonindelning. "Om det finns ett utvecklingsförslag för ett område, detta nya system kan användas för att bedöma området när det gäller dess bidrag till att ladda grundvattensystemet, "sa hon." Om det visar sig att Hallå, detta är en av de söta fläckarna med vägar för laddning, du ska inte tänka på att asfaltera den. Eller, om du tänker på utveckling inom det området, du gör det på ett sådant sätt att du maximerar skyddet av dess roll vid laddning. "