Central Valley della California, con le aspre colline del Coast Ranges. Credito:Wikimedia Commons
La disponibilità di acqua dalle falde acquifere sotterranee è vitale per i bisogni primari di oltre 1,5 miliardi di persone in tutto il mondo.
Negli ultimi decenni, però, l'eccessivo pompaggio delle acque sotterranee, combinato con la siccità, ha causato la perdita permanente di alcune falde acquifere della loro capacità di stoccaggio essenziale.
Con la speranza di fornire strumenti migliori ai gestori delle risorse idriche per mantenere in salute le falde acquifere, scienziati finanziati dalla National Science Foundation (NSF) e affiliati all'Arizona State University (ASU) e al Jet Propulsion Laboratory (JPL) stanno utilizzando la più recente tecnologia spaziale per misurare questa preziosa risorsa naturale.
"I periodi di siccità hanno effetti a lungo termine sulle forniture di acque sotterranee e creano grandi sfide per la gestione delle acque sotterranee, "dice Maggie Benoit, un direttore di programma nella Divisione di Scienze della Terra della NSF, che ha finanziato la ricerca. "Ora, gli scienziati stanno sviluppando nuovi metodi per monitorare i livelli delle acque sotterranee utilizzando misurazioni satellitari della superficie terrestre, fornendo un quadro più completo della salute delle risorse idriche sotterranee della nostra nazione".
I ricercatori hanno concentrato i loro sforzi su uno dei più grandi sistemi acquiferi del mondo, situato nella Central Valley della California, misurando sia il volume delle sue acque sotterranee che la sua capacità di stoccaggio. I risultati delle loro scoperte sono pubblicati sulla rivista American Geophysical Union Ricerca sulle risorse idriche .
Sbirciando sottoterra dallo spazio
La Central Valley della California è un importante centro agricolo che copre un'area di circa 20, 000 miglia quadrate. Produce oltre il 25% dell'agricoltura degli Stati Uniti, a un valore stimato di 17 miliardi di dollari all'anno.
Mappa che mostra la Central Valley della California, che attraversa gran parte dello Stato. Credito:Wikimedia Commons
Il sistema acquifero della Central Valley fornisce acqua alle persone e alle zone umide, fornendo circa il 20% della domanda complessiva di acque sotterranee degli Stati Uniti. A causa della siccità e dell'aumento della popolazione umana questa falda acquifera serve, è classificato uno dei più stressati al mondo.
Mentre gli studi passati sulle risorse idriche e la siccità si sono concentrati principalmente su misurazioni a bassa risoluzione o su scala locale della dinamica delle acque sotterranee, il gruppo di ricerca per questo studio, che include gli scienziati dell'ASU Chandrakanta Ojha, Manoochehr Shirzaei e Susanna Werth, e Donald Argus e Thomas Farr del JPL, ha preso una strada più high-tech.
Hanno utilizzato le funzionalità di raccolta dati di diverse tecniche di telerilevamento terrestre basate su satellite per ottenere una visione più coerente ea più alta risoluzione del sistema acquifero della Central Valley.
"Ironicamente, "dice Werth, "abbiamo dovuto percorrere diverse centinaia di miglia nello spazio per vedere cosa stava succedendo sotto la superficie del nostro pianeta".
Utilizzando questi high-tech, tecniche di telerilevamento, il team ha analizzato i dati della siccità dal 2007 al 2010 e ha mappato l'intera California Central Valley.
"È fantastico quando possiamo usare la nostra alta tecnologia, Satelliti in orbita attorno alla Terra per aiutare a risolvere i problemi del mondo reale proprio qui in California, "aggiunge Farr.
Il fiume Sacramento e il suo spartiacque fanno parte della Central Valley. Credito:Wikimedia Commons
Un indicatore per le falde acquifere di tutto il mondo
Il team ha misurato la subsidenza del terreno (quando la terra sopra e intorno a una falda acquifera si sposta verso il basso) utilizzando il radar interferometrico ad apertura sintetica (InSAR) spaziale e lo ha aggiunto ai dati sui livelli delle acque sotterranee campionati in migliaia di pozzi nella Central Valley.
I ricercatori hanno quindi utilizzato i dati della missione gemellare satellitare della NASA, il Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), stimare la perdita di acqua sotterranea.
"È questa combinazione di letteralmente terabyte di dati che ci ha aiutato a ottenere la migliore immagine di ciò che sta accadendo sotto la superficie, ", afferma l'autore principale Ojha.
Il team ha scoperto che tra il 2007 e il 2010 c'è stato un calo significativo dei livelli del suolo nella zona meridionale della Central Valley, quasi 32 pollici, una diminuzione che normalmente dovrebbe richiedere decenni.
"Lo scoperto della falda acquifera in alcune parti della Central Valley ha alterato permanentemente gli strati di argilla, causando un rapido sprofondamento del terreno che può essere misurato dai satelliti radar dallo spazio, " dice Shirzaei.
Il risultato più sorprendente, però, è la perdita permanente di capacità di stoccaggio dell'acqua nel sistema acquifero. Durante la siccità del 2007-2010, fino al 2% della capacità di stoccaggio è andato completamente perso quando il livello dell'acqua è diminuito e gli strati di argilla nel sistema sono stati compattati in modo permanente.
La Valle Centrale, visto dallo spazio. Credito:NASA
"Quella capacità di stoccaggio non può essere recuperata attraverso la ricarica naturale, " dice Ojha. "Ciò significa che durante la stagione delle piogge, quando la Central Valley piove, non c'è abbastanza spazio per immagazzinare l'acqua, rendendo le risorse idriche sotterranee più scarse durante le future siccità".
Nuovi satelliti per misurare gli effetti della siccità
Il prossimo passo per il team sarà concentrarsi sulla siccità in California dal 2012 al 2016, un periodo che è stato più dannoso per la falda acquifera della Central Valley rispetto alla siccità del 2007-2010.
I ricercatori hanno in programma di integrare le misurazioni radar con dati aggiuntivi dai satelliti GRACE Follow-On (FO) appena lanciati.
La missione GRACE FO, lanciato il 22 maggio di quest'anno, consiste di due satelliti quasi identici che si susseguono lungo la stessa orbita. I satelliti misurano continuamente la distanza tra loro, che cambia a seconda del campo gravitazionale su cui orbitano.
Poiché le oscillazioni delle acque sotterranee modificano il campo gravitazionale, gli scienziati possono utilizzare i dati per mappare la posizione delle acque sotterranee e il cambiamento di volume.
Il lavoro non finirà qui. Il team spera di estendere la ricerca all'Arizona e ad altre aree dell'arido sud-ovest.
"L'intera regione è colpita da una siccità a lungo termine, " afferma Werth, "con differenze di gravità, condizioni climatiche, geologia delle acque sotterranee e approcci di gestione delle acque.
"La nostra speranza è che questa ricerca consentirà ai responsabili delle decisioni di gestire con precisione le risorse idriche e pianificare le future allocazioni idriche. I gestori delle risorse idriche devono conoscere i processi irreversibili in atto e come prevenire le crisi future".
