Per decenni, Il pompaggio intensivo delle acque sotterranee ha fatto sprofondare il terreno sotto la San Joaquin Valley in California, infrastrutture dannose. Ora ricerca pubblicata sulla rivista Comunicazioni sulla natura suggerisce che poiché il pompaggio fa affondare il terreno, scatena anche una minaccia invisibile per la salute umana e la produzione alimentare:consente all'arsenico di penetrare nelle falde acquifere sotterranee che forniscono acqua potabile a 1 milione di persone e irrigazione per i raccolti in alcuni dei terreni agricoli più ricchi della nazione.

Il gruppo ha scoperto che le misurazioni derivate dal satellite dell'affondamento del suolo potrebbero prevedere le concentrazioni di arsenico nelle acque sotterranee. Questa tecnica potrebbe essere un sistema di allerta precoce per prevenire pericolosi livelli di contaminazione da arsenico in falde acquifere con determinate caratteristiche in tutto il mondo.

"L'arsenico nelle acque sotterranee è stato un problema per molto tempo, " ha detto l'autore principale Ryan Smith, un dottorando in geofisica presso la School of Earth, Scienze energetiche e ambientali (Stanford Earth). È naturalmente presente nella crosta terrestre ed è una preoccupazione frequente nella gestione delle acque sotterranee a causa della sua ubiquità e dei legami con le malattie cardiache, diabete, cancro e altre malattie. "Ma l'idea che un eccesso di pompaggio per l'irrigazione possa aumentare le concentrazioni di arsenico è nuova, " ha detto Smith.

È importante sottolineare che il gruppo ha riscontrato segni che le falde acquifere contaminate a causa dell'eccessivo pompaggio possono riprendersi se i prelievi si fermano. Le aree che hanno mostrato un affondamento più lento rispetto a 15 anni prima avevano anche livelli di arsenico inferiori. "Le acque sotterranee devono essere state in gran parte rovesciate, " ha detto il coautore dello studio Scott Fendorf, professore di scienze del sistema terrestre e senior fellow presso lo Stanford Woods Institute for the Environment.

Rilascio di arsenico dall'argilla

Il team di ricerca ha analizzato i dati sull'arsenico per centinaia di pozzi in due diversi periodi di siccità insieme a stime centimetriche del cedimento del terreno, o affondando, catturato dai satelliti. Hanno scoperto che quando la terra nel bacino di Tulare della San Joaquin Valley affonda più velocemente di 3 pollici all'anno, il rischio di trovare livelli pericolosi di arsenico nelle acque sotterranee fino a triplicare.

Le falde acquifere del bacino di Tulare sono costituite da zone sabbiose e ghiaiose separate da sottili strati di argilla. L'argilla agisce come una spugna, tenuta stretta all'acqua e all'arsenico assorbito da antichi sedimenti fluviali. A differenza degli strati di sabbia e ghiaia, queste argille contengono relativamente poco ossigeno, che crea le condizioni affinché l'arsenico sia in una forma che si dissolve facilmente in acqua.

Quando il pompaggio preleva troppa acqua dalle aree di sabbia e ghiaia, la falda acquifera si comprime e sprofonda. "Sabbie e ghiaie che venivano puntellate dalla pressione dell'acqua ora stanno iniziando a schiacciarsi su quella spugna, " Ha spiegato Fendorf. L'acqua ricca di arsenico inizia quindi a fuoriuscire e mescolarsi con l'acqua nella falda acquifera principale.

Quando il pompaggio dell'acqua rallenta abbastanza da frenare il cedimento e alleviare la compressione dell'arsenico intrappolato, l'acqua pulita che penetra dai torrenti, la pioggia e il deflusso naturale in superficie possono risciacquare gradualmente il sistema.

Però, co-autore dello studio Rosemary Knight, professore di geofisica e facoltà affiliata al Woods Institute, mette in guardia contro l'eccessiva banca su una prevedibile ripresa da un eccesso di pompaggio. "Il tempo necessario per recuperare sarà molto variabile e dipenderà da tanti fattori, " lei disse.

I ricercatori hanno affermato che l'eccesso di pompaggio in altre falde acquifere potrebbe produrre gli stessi problemi di contaminazione osservati nella valle di San Joaquin se hanno tre attributi:alternanza di strati di argilla e sabbia; una fonte di arsenico; e contenuto di ossigeno relativamente basso, che è comune negli acquiferi situati al di sotto di argille spesse.

La minaccia potrebbe essere più diffusa di quanto si pensasse una volta. Solo negli ultimi anni gli scienziati hanno scoperto che falde acquifere altrimenti ben aerate, considerate in gran parte immuni ai problemi di arsenico, possono infatti essere intrecciate con argille che hanno i bassi livelli di ossigeno necessari affinché l'arsenico si sposti nella maggior parte delle acque sotterranee. "Stiamo appena iniziando a riconoscere che questo è un pericolo, " disse Fendorf.

Approfondimenti satellitari

La rivelazione che il telerilevamento può dare l'allarme prima che la contaminazione minacci la salute umana offre speranza per un migliore monitoraggio dell'acqua. "Invece di dover perforare pozzi e riportare campioni d'acqua al laboratorio, abbiamo un satellite che riceve i dati di cui abbiamo bisogno, " disse Cavaliere.

Sebbene i dati del pozzo siano importanti per convalidare e calibrare i dati satellitari, lei spiegò, il monitoraggio sul campo non può mai eguagliare l'ampiezza e la velocità del telerilevamento. "Non si campiona mai un pozzo abbastanza frequentemente da catturare quell'arsenico nel momento in cui è nel pozzo, " ha detto Knight. "Quindi è fantastico avere questo sistema di allerta precoce con rilevamento a distanza per consentire alle persone di rendersi conto che si stanno avvicinando a un punto critico in termini di qualità dell'acqua".

Lo studio si basa sulla ricerca condotta nel 2013 da Laura Erban, poi uno studente di dottorato che lavora nel Delta del Mekong in Vietnam. "Ecco dove abbiamo iniziato a dire, 'Oh no, '" ha detto Fendorf, chi è stato coautore di quel documento.

Come nella valle di San Joaquin, le aree del delta del Mekong dove la terra stava affondando di più hanno mostrato concentrazioni di arsenico più elevate. "Ora abbiamo due siti in regioni geografiche completamente diverse in cui sembrano funzionare gli stessi meccanismi, " ha detto Fendorf. "Ciò indica che dobbiamo pensare alla gestione delle acque sotterranee e assicurarci di non sovraccaricare le falde acquifere".