Utilizzando un numero senza precedenti di immagini radar satellitari, i geofisici del Caltech hanno monitorato come il terreno nella California meridionale sale e scende mentre le acque sotterranee vengono pompate dentro e fuori dalle falde acquifere sotto la superficie.

I loro risultati sono presentati in uno studio che tiene traccia della deformazione della superficie terrestre per un periodo di 18 anni. Il lavoro può essere utilizzato dai distretti di gestione delle acque per valutare la forma e le dimensioni precise delle falde acquifere e l'impatto dell'uso idrico della regione su tali falde acquifere. Il lavoro rivela anche quella che potrebbe essere una faglia precedentemente non mappata che attraversa il nord-est della contea di Orange.

"Ciò che vediamo attraverso l'innalzamento e l'abbassamento della superficie del suolo è la risposta elastica del terreno ai cambiamenti regolari del livello delle acque sotterranee, " dice l'autore principale Bryan Riel (MS '14, dottorato di ricerca '17), che era uno studente laureato nel laboratorio di Mark Simons di Caltech al momento della ricerca, ed è ora un ingegnere di analisi del segnale presso JPL, che è gestito da Caltech per la NASA. "Poiché disponiamo di dati per un lungo periodo di tempo, siamo stati anche in grado di isolare segnali di deformazione superficiale a lungo termine, compreso il cedimento del terreno che sembra essere causato dalla compattazione degli strati di argilla in risposta alle variazioni di fondo nel prelievo delle acque sotterranee." Riel e Simons sono stati anche in grado di vedere caratteristiche nitide dove l'acqua non scorreva, che possono indicare i confini delle falde acquifere così come le faglie.

Lo studio, che è stato pubblicato online il 30 aprile dalla rivista Ricerca sulle risorse idriche , utilizza i dati radar disponibili al pubblico acquisiti tra il 1992 e il 2011 dai satelliti dell'Agenzia spaziale europea. I dati del satellite sono stati compilati in 881 interferogrammi radar, immagini create facendo rimbalzare i segnali radar sulla superficie terrestre, per tracciare il movimento del suolo quasi verticale fino al millimetro con una risoluzione orizzontale di decine di metri, su un'area che si estende da San Fernando, a nord-ovest del centro di Los Angeles, giù a Irvine, nella contea di Orange.

Quando tutte le immagini sono unite insieme, mostrano il terreno sotto la California meridionale che sale e scende ogni anno, come un gigante che inspira ed espira. I risultati sono stati confrontati con misurazioni GPS effettuate dall'Orange County Water District (OCWD) e dal Water Replenishment District of Southern California, che ha confermato le risultanze. Il periodico alzarsi e abbassarsi del terreno racconta la storia della gestione delle falde acquifere della California meridionale e di come tale gestione sia cambiata nel tempo, dice Simone, il professore di geofisica John W. e Herberta M. Miles al Caltech e capo scienziato del JPL.

"All'inizio del periodo di studio, vediamo grandi sinusoidi, alti più alti e bassi più bassi. Verso la seconda metà dello studio, che si appiattisce un po', indicando che i distretti di controllo delle acque gestivano più attivamente le falde acquifere, e assicurandoti di rimetterci dentro l'acqua invece di toglierla semplicemente, "dice Simone.

Roy Herndon, capo idrogeologo per l'OCWD, dice che la sua squadra lavora per assicurarsi che il terreno non sprofondi mai troppo, uno sviluppo da cui potrebbe non riprendersi mai.

"Sospettiamo che la geologia del nostro bacino possa consentire la subsidenza se consentiamo il pompaggio di troppe acque sotterranee ma non le riempiamo mai. Abbiamo argille e limi che possono comprimersi e compattarsi con il tempo, " dice Herndon.

Tale strategia è codificata nel Sustainable Groundwater Management Act (SGMA), firmato in legge dal governatore della California Jerry Brown nel 2014, che impone ai gestori delle acque sotterranee di evitare l'abbassamento permanente del livello del suolo. Il fenomeno ha afflitto per generazioni la San Joaquin Valley della California centrale. La compattazione del suolo causata da una falda freatica in contrazione ha causato il cedimento del terreno nell'area di ben 28 piedi, secondo lo United States Geological Survey (USGS). Herndon dice che lo studio di Riel, Simone, e i coautori, e altri sondaggi simili, aiuteranno i distretti idrici a garantire che le loro strategie di gestione dell'acqua siano efficaci nell'evitare tale compattazione del suolo in California.

Mentre c'era da aspettarsi l'alzarsi e l'abbassarsi del terreno, i dati radar hanno anche mostrato alcune caratteristiche inaspettate, Simons dice, compreso un confine netto al bordo di una falda acquifera, che potrebbe indicare una faglia sepolta lungo il bordo orientale di un bacino dove il fiume Santa Ana passa attraverso l'area di Santa Ana/Garden Grove. Inoltre, la mappa ha rivelato una piccola area con un sollevamento anormalmente grande del livello del suolo che si è rivelato essere causato da operazioni petrolifere che pompano petrolio e acqua.

Riel, Simone, e i coautori si sono basati sui dati dei satelliti dell'ESA. Nel frattempo, JPL, NASA, e l'Indian Space Research Organisation (ISRO) stanno pianificando di lanciare un nuovo satellite radar chiamato NISAR all'inizio del 2022 che fornirà osservazioni da due direzioni ogni 12 giorni, fornendo una qualità superiore, dati ad alta risoluzione rispetto a quelli precedentemente disponibili.

"Con quel tipo di dati, saremo in grado di dipingere un'immagine ancora più chiara che potrebbe rivelare ancora di più sul terreno sotto i nostri piedi, "dice Simone.

Lo studio è intitolato "Quantificazione della deformazione del suolo nei bacini costieri di Los Angeles e Santa Ana a causa del ritiro delle acque sotterranee".