In California, la quantità di acqua che esce dalle falde acquifere sotto la regione agricola più produttiva dello stato supera di gran lunga la quantità di acqua che rifluisce. Quel dilagante scoperto ha causato l'affondamento della terra in gran parte della regione come una spugna schiacciata, l'esaurimento permanente della capacità di stoccaggio delle acque sotterranee e il danneggiamento delle infrastrutture.

La tendenza – e un mandato del 2014 per la gestione sostenibile delle acque sotterranee nello stato – ha acceso l'interesse per la ricostituzione delle falde acquifere nella Central Valley della California attraverso inondazioni gestite del terreno sopra di esse. Ma fino ad ora non c'era un modo affidabile per sapere dove questo tipo di rimedio sarà più efficace. Una nuova ricerca della Stanford University suggerisce un modo per mappare con precisione dove e come utilizzare la ricarica delle acque sotterranee per riempire le falde acquifere e fermare l'affondamento.

Parti della Central Valley sprofondarono di ben 28 piedi durante la prima metà del XX secolo, e negli ultimi decenni alcune località sono diminuite di quasi 8 pollici all'anno. Modellazione nel nuovo studio, pubblicato sulla rivista peer-reviewed Ricerca sulle risorse idriche , indica che il terreno affonderà di altri 13 piedi o più in alcuni siti nei prossimi 20 anni, a meno che il pompaggio non rallenti.

Anche in uno scenario in cui il pompaggio non supera mai la quantità di acqua che entra nelle falde acquifere, il modello prevede un continuo sprofondamento man mano che gli scoperti passati si fanno sentire. "C'è un ritardo nel sistema, "ha detto il geofisico Rosemary Knight, autore senior dello studio e professore alla Stanford's School of Earth, Scienze energetiche e ambientali. "L'unico modo per fermarlo è essere strategici su ciò che facciamo con la nostra acqua di ricarica disponibile".

Una tempesta perfetta

In un anno normale, acqua nei canali, bacini idrici e fiumi è sufficiente per la maggior parte dell'irrigazione nella Central Valley, mentre le falde acquifere forniscono un supplemento. Negli ultimi anni di siccità, però, le forniture di superficie sono diminuite e gli agricoltori che contribuiscono all'industria agricola della regione da 17 miliardi di dollari hanno fatto più affidamento sulle acque sotterranee.

"È una tempesta perfetta di un'estesa industria agricola combinata con scarse precipitazioni, temperature calde, la necessità di pompare acque sotterranee e un'abbondanza di argilla soggetta a cedimenti, " disse Knight. Le argille qui che compatte quando pompate a secco tendono anche ad essere ricche di arsenico, che il pompaggio intensivo può rilasciare nelle riserve idriche. "Quindi hai problemi con la quantità e la qualità dell'acqua, " disse Cavaliere.

I metodi di ricarica attualmente in uso o in seria considerazione in California comportano l'allagamento di campi o frutteti durante i mesi invernali o la creazione di stagni di ricarica durante tutto l'anno. "La domanda chiave è dove va a finire l'acqua?" Cavaliere ha detto. "Se hai intenzione di inondare il campo di un contadino, dovresti essere sicuro che funzionerà."

Sapere dove andrà l'acqua nel sottosuolo dipende dalla mappatura degli intricati canali di sabbia e ghiaia che intrecciano argille e limi fitti. In California, che le informazioni spesso provengono dai rapporti degli appaltatori di trivellazione alle autorità di regolamentazione statali, che sono costosi da acquisire e non coprono aree tra o sotto i pozzi perforati. Di conseguenza, l'approccio più comune per affrontare la subsidenza è reattivo. "Se gestiamo in modo proattivo, possiamo prevenire la perdita di memoria irreversibile, " ha detto l'autore principale Ryan Smith, un professore della Missouri University of Science and Technology che ha completato la ricerca come dottorato di ricerca. studente di geofisica a Stanford.

Sopra e sotto terra

Il nuovo approccio, basato su un matrimonio di due tipi di dati di telerilevamento, potrebbe essere applicato in vaste regioni agricole a costi relativamente bassi. Knight e Smith hanno analizzato la struttura degli strati di sabbia e argilla che era stata misurata in uno studio precedente trasmettendo segnali elettromagnetici da un elicottero in tre siti nella contea di Tulare, circa 45 miglia a sud di Fresno, California. Hanno anche elaborato i dati delle immagini satellitari pubbliche per misurare quanto il terreno fosse sprofondato.

"Mi sono reso conto che entrambi i set di dati erano collegati al contenuto di argilla, " ha detto Smith. "Ho pensato, se c'è un modo matematico per collegare questi due, quindi potremmo costruire un modello predittivo di subsidenza." Lo studio descrive un metodo per adattare algoritmi matematici e fisici esistenti per integrare i due set di dati in un unico modello.

Solo un frammento della California è stato mappato con entrambi i tipi di dati di telerilevamento, ha osservato Tim Godwin, un geologo ingegnere senior presso il Dipartimento delle risorse idriche della California, che ha sostenuto gli sforzi di Knight per espandere i rilevamenti elettromagnetici aerei nello stato. Ma man mano che questi set di dati crescono, Egli ha detto, abbinarli a strumenti per prevedere l'affondamento aiuterà a rispondere alle domande sui modi migliori per raggiungere gli obiettivi di sostenibilità. "I gestori delle acque sotterranee saranno in grado di prevedere in modo più accurato la suscettibilità alle condizioni di subsidenza e avranno maggiore fiducia nei progetti proposti, " Egli ha detto.

Secondo Smith, la subsidenza nei prossimi anni potrebbe essere ancora più grave di quanto indichi il modello attuale se i perforatori approfondissero i pozzi della regione per far fronte a future carenze idriche. "Ci sono ancora più profondi, falde acquifere in gran parte non sfruttate che, se pompato, avrebbe una drammatica perdita di pressione, " disse. "Ciò farebbe compattare le argille più di quanto non facciano nelle porzioni della falda acquifera utilizzate oggi".