Rekordstorar 2023 fyllde Kaliforniens stora reservoarer till brädden, vilket gav en viss lättnad i en decennier lång torka, men hur mycket av det rekordhöga regnet sipprade under jorden?
Shujuan Mao från Stanford University och hennes kollegor använde en överraskande teknik för att svara på denna fråga för Los Angeles storstadsområde. De analyserade förändringar i hastigheten för seismiska vågor som färdas genom LA-bassängen och spårade dessa förändringar i rum och tid mellan januari och oktober 2023.
Som Mao rapporterade vid Seismological Society of America (SSA) årsmöte 2024, fann deras studie att grundvattennivåerna nästan helt återhämtade sig på mycket grunt djup - cirka 50 meter under ytan. Men bara cirka 25 % av grundvattnet som förlorats under de senaste två decennierna har fyllts på på cirka 300 meter och djupare, troligen för att det är mer utmanande för dagvatten att tränga in i djupare lager av jorden.
"Det betyder att ett enda episkt år av stormar inte räcker för att återställa grundvattnets utarmning som ackumulerats under den senaste tidens torka. Det tar många fler våta år för den djupa akvifären att återhämta sig helt", sa Mao.
Grundvatten bidrar med mer än 60 % av vattenförsörjningen som används i Kalifornien under torka, noterade hon.
Mao och hennes kollegor är banbrytande för användningen av seismiska data för att förstå grundvattennivåerna i Los Angeles-bassängen, som ett komplement till andra metoder som används för att mäta grundvattennivåer. Den mest traditionella metoden involverar att gräva brunnar, vilket är dyrt och bara erbjuder en "punktskalemätning", förklarade Mao. "Du vet inte vad nivån är mellan två brunnar, eller i andra akviferlager grundare eller djupare i förhållande till din brunn."
På senare tid har forskare använt satellitmätningar för att upptäcka små förändringar i jordens ytdeformation eller gravitationsfält, vilket fungerar bra för att sluta sig till förändringar i grundvattenlagring över tid och område. "Dessa ytmätningar kunde inte berätta för oss vad som händer på olika djup", sa Mao, "men det är där vi som seismologer kan hjälpa."
Med data från 65 bredbandsseismografer i Southern California Seismic Network tittade forskarna på förändringar i utbredningshastigheten för seismiska vågor. De data de använde är de "bakgrunds" seismiska vibrationer som genereras av haven, vindar och mänsklig aktivitet – inte de seismiska vågorna som är förknippade med jordbävningar.
"Dessa seismiska bakgrundsvibrationer är kontinuerliga, vilket gör att vi kan mäta och övervaka de seismiska hastighetsförändringarna kontinuerligt," sa Mao.
Seismisk våghastighet varierar med det mekaniska tillståndet hos material som vågorna passerar genom. När grundvattennivån ökar ökar trycket i det porösa utrymmet bland bergarter, och de seismiska vågorna fortplantar sig långsammare genom detta porösa berg.
Forskarna fann att deras uppskattningar av grundvattenlagring beräknade från seismisk hastighetsförändring jämfördes väl med grundvattenlagringsmätningar från brunns- och satellitdata.
Forskarna fann också framträdande påfyllning av akviferer i San Gabriel Valley och Raymond Basin, troligen på grund av yt- eller underjordiska flöden från San Gabriel-bergen.
Kombinationen av ett tätt seismiskt nätverk och en pressande vattenbrist gjorde Los Angeles till "en idealisk plats att visa upp hur befintlig seismisk data kan bidra till övervakning, förståelse och hantering av grundvattenakviferer", sa Mao.
Seismisk data skulle sannolikt integreras med många typer av mätningar för att producera den heltäckande bild av grundvattendynamiken som behövs för att hantera den värdefulla resursen på ett datainformerat och hållbart sätt, tillade hon.
Mao, som kommer att vara biträdande professor vid University of Texas i Austin i augusti, sa att hon kommer att tillämpa seismiska tekniker i Austin för att övervaka hur akviferer i den regionen svarar på artificiella laddningsoperationer.
Tillhandahålls av Seismological Society of America
