Marksättningar är en geofara som orsakas av plötslig eller gradvis sättning (år till årtionden) av markytan på grund av avlägsnandet av material under ytan. Detta kan bero på en mängd olika faktorer, både naturliga (som jordbävningar, vulkanisk aktivitet och packning av finkorniga okonsoliderade sediment) och antropogena (till exempel gruvdrift och grundvattenuttag). Det utgör ett stort problem i stadsområden där det kan orsaka byggnadskollaps och skador på infrastruktur som kan vara en fara för liv och ett resurshanteringsproblem.
Med en ökning av landsättningar som sker i tätbefolkade områden, är en nyckelfaktor som driver sättningar uttag av grundvatten – avlägsnandet av vatten som lagras i porutrymmet i underjordiska lager och transporterar bort det för mänsklig konsumtion och bevattning inom jordbruket, vilket leder till packning av vatten. underjordiska sediment.
Detta är fokus för ny forskning, publicerad i Geophysical Research Letters , där forskare identifierade en signifikant positiv korrelation mellan hastigheten för uttag av grundvatten och sättningar, vilket innebär att dessa områden bör vara ett stort fokus för förvaltning av vattenresurser för att lindra denna geofara.
Tsimur Davydzenka, en Ph.D. forskare vid Colorado School of Mines, USA, och kollegorna Dr. Pejman Tahmasebi och professor Nima Shokri, vände sig till djupinlärning av artificiell intelligens för att förutsäga omfattningen av landsättningar globalt. Tsimur och Dr. Tahmasebi förklarade betydelsen av sin forskning och sa:"Landsättningar är ett destruktivt fenomen som skadar infrastruktur och akviferer, samt sätter människoliv på spel. Befolkningstillväxten har spelat en obestridlig roll i resursutvinningen som har lett till sättningar.
"Baserat på våra studier insåg vi att det finns flera lokala studier i olika länder som utforskar landsättningar men det finns inte tillräckligt med forskning i global skala. Sådana kartor ger heller ingen information om storleken på sättningar, vilket är viktigare än bara chansen att observera det, eller så är de begränsade till regionala skalor Med hjälp av moderna datadrivna modelleringstekniker introducerade vi den första globala kartan över sättningshastigheter, som kan användas för att informera om policyer för hantering av grundvatten och vägleda begränsning.>
Forskarna använde befintliga data från sättningsstudier och fjärranalys för att generera en träningsdatauppsättning med 46 000 sättningsscenarier. Tillsammans med ett urval av 23 klimatiska, geografiska och topografiska förhållanden (inklusive nederbörd, marksammansättning, sedimenttjocklek och lutning) användes dessa för att träna en maskininlärningsmodell, som sedan kunde uppskatta den totala arean av land som riskerades av sättningar och befolkningen i dessa zoner.
De fastställde att mer än 6,3 miljoner km 2 av jordens yta (~5% av den totala globala landytan) är mottaglig för sättningshastigheter som anses vara betydande nog för att orsaka skada och kräver begränsningsstrategier - dessa är större än 5 mm/år. Detta följer av tidigare arbete som hade föreslagit 12 miljoner km 2 av markytan upplevde sättningar på 430 mm/år. Av dessa mer än 6,3 miljoner km 2 , 231 000 km 2 identifierades i stadsområden, där befolkningstätheten visar att ~2 miljarder människor (25 % av världens befolkning) finns i dessa högriskzoner.
Maskininlärningsmodellen fastställde att grundvattenuttag var den huvudsakliga prediktorn för landsättningar, följt av seismisk aktivitet från jordbävningar, sedan miljöförhållanden (nämligen nederbörd) som påverkar grundvattenuppladdningen, sedimentära enheters tjocklek (större enheter har mer utrymme för slutlig packning), medeltemperatur de varmaste månaderna (viktigt för torra och halvtorra områden som är känsliga för sättningar), lerhalt i marken och befolkningstäthet.
Med tanke på att uttag av grundvatten är det primära problemet, föreslår Tsimur och Dr. Tahmasebi hur den globala befolkningens beroende av detta kan ändras i framtiden. "För att minimera beroendet av grundvatten inkluderar strategiska åtgärder att främja effektiviteten av vattenanvändningen, implementera strikta regelverk och uppmuntra jordbruksmetoder som optimerar vattenförbrukningen. Dessutom kan investeringar i vattenåtervinnings- och återvinningsteknik öka vattentillgången utan att förlita sig på grundvatten.
"Utfasning av grundvattenutvinning skulle kunna kompletteras genom att utnyttja alternativa källor som renat avloppsvatten, skörd av regnvatten och dagvattenhantering. Övergången bör dock också beakta reservoarernas rumsliga begränsningar och den ekonomiska genomförbarheten av avsaltning av havsvatten. Genom att integrera bevarandemetoder, med hjälp av teknologisk innovationer och diversifiering av vattenkällor, kan ett hållbart ekosystem för vattenförsörjningen upprättas, vilket mildrar de miljömässiga och socioekonomiska utmaningar som är förknippade med överdriven grundvattenuttag."
När det gäller de sediment som påverkas mest av sättningar, 3,8 miljoner km 2 av okonsoliderade sediment (10 % av den globala omfattningen) identifierades som primär risk, med de högsta sättningshastigheterna på 320,6 mm/år. Odlad mark utgjorde den största hotade vidden, med 2,1 miljoner km 2 över hela världen (12,2 % av den globala odlade marken), medan subtropiska högländer och tempererade oceaniska klimat upplevde ökade sättningshastigheter över 50 mm/år.
Sammantaget är södra Asien modellerad för att ha den största omfattningen av land som hotas av sättningar (2,2 % av dess totala yta upplever sättningar som är större än 50 mm/år) samt det största antalet människor som drabbas av det (20 miljoner) ). Andra länder med sättningar som överstiger 50 mm/år inkluderar Filippinerna, Iran, Costa Rica, Indonesien och Uzbekistan.
Även om denna forskning ger en viktig global karta över landsättningar som kommer att hjälpa företag, bönder och lokala myndigheter i områden med högre risk att planera för utmaningar som de kan komma att uppleva i framtiden, krävs ytterligare finjustering av modellen. Som sådana säger Tsimur och Dr. Tahmasebi att det "säkert är möjligt" att framtida modeller kan ha en tillräckligt hög upplösning för att enskilda lokala myndigheter ska kunna använda data för begränsningsstrategier.
Till exempel, med tanke på betydelsen av grundvattenuttag i datamängden, inklusive större detaljer om uttagsdjupet, typ av akvifär, eftersläpningen mellan uttag och grundvattenytans nedgång, samt samspelet mellan olje- och gasindustrin (som bidrar till 4,36 % av nuvarande sjösättningsrekord), är nödvändiga steg för att förbättra detta viktiga arbete. Med en ökande befolkning som ökar vårt beroende av grundvatten och klimatförändringar som ökar torkan, kommer effekterna av grundvattenminskning på landsättningar att fortsätta att vara en ständigt pressande fråga under de kommande åren.
Mer information: Tsimur Davydzenka et al, Unveiling the Global Extent of Land Subsidence:The Sinking Crisis, Geophysical Research Letters (2024). DOI:10.1029/2023GL104497
Journalinformation: Geofysiska forskningsbrev
© 2024 Science X Network
