Aumenti dei livelli e dei volumi delle acque sotterranee dopo grandi terremoti sono stati osservati in tutto il mondo, ma i dettagli di questo processo sono rimasti poco chiari a causa della mancanza di dati sulle acque sotterranee direttamente prima e dopo un terremoto. Fortunatamente, i ricercatori delle università di Kumamoto e Kwansei Gakuin (Giappone) e UC Berkley (USA) si sono resi conto di avere un'opportunità di ricerca unica per analizzare i cambiamenti del livello delle acque sotterranee intorno alla città di Kumamoto dopo che i grandi terremoti hanno colpito l'area nel 2016.

Cambiamenti nell'ambiente idrologico dopo un terremoto, come stagni o pozzi che si stanno prosciugando, la comparsa improvvisa dell'acqua che scorre, o un innalzamento del livello dell'acqua è stato registrato fin dall'epoca romana. Varie teorie sono state proposte per la causa di tali cambiamenti, come le fluttuazioni della pressione dell'acqua interstiziale (la pressione delle acque sotterranee trattenuta nei pori o negli spazi vuoti delle rocce e del suolo), aumento della permeabilità all'acqua, e il movimento dell'acqua attraverso nuove crepe.

Per identificare la causa reale, i dati devono essere raccolti dai siti di osservazione nei pozzi, fonti d'acqua, e fiumi. Però, soprattutto in caso di terremoti interni, è generalmente raro che questi siti siano disposti spaziotemporalmente in un'area in cui si è verificato un grande terremoto. Inoltre, è ancora più raro avere dati sufficienti per confrontare prima e dopo il disastro. Queste difficoltà sono state un ostacolo per ottenere un quadro chiaro di come cambiano gli ambienti idrologici dopo i terremoti.

Città di Kumamoto, nell'isola meridionale giapponese di Kyushu, è famoso per la sua acqua. Quasi il 100% dell'acqua potabile della città proviene da acque sotterranee nell'area, quindi ci sono molti pozzi di osservazione nell'area che registrano continuamente il livello dell'acqua e i dati sulla qualità. La mattina presto (ora del Giappone) del 16 aprile, 2016, un terremoto di magnitudo 7.0 ha colpito la città che ha portato a una ricchezza di dati sulle acque sotterranee sia prima che dopo il terremoto. I ricercatori dell'Università di Kumamoto hanno riconosciuto questa opportunità unica di valutare come i terremoti possono modificare gli ambienti idrologici in modo più dettagliato che mai, così hanno stabilito una collaborazione internazionale per studiare l'evento.

Dopo la scossa principale si è verificato un innalzamento anomalo del livello delle acque sotterranee, particolarmente evidente nella zona di ricarica del sistema di deflusso delle acque sotterranee. I livelli dell'acqua hanno raggiunto il picco entro un anno dopo la scossa principale a circa 10 metri e, anche se poi si è calmato, i livelli dell'acqua erano ancora alti più di tre anni dopo. Si pensava che ciò fosse dovuto ad un afflusso di acqua da un luogo non facente parte del ciclo idrologico pre-terremoto, così i ricercatori hanno tentato di determinare le fonti utilizzando rapporti isotopici stabili dell'acqua.

I rapporti isotopici stabili dell'acqua sulla superficie terrestre cambiano leggermente con vari processi (evaporazione, condensazione, ecc.) in modo che diventino valori marker univoci a seconda della posizione. Questi marcatori consentono di determinare i processi che hanno interessato un campione d'acqua e la sua fonte.

Un confronto tra le serie prima e dopo di rapporti isotopici stabili ha rivelato che, prima del terremoto, le acque sotterranee nell'area della città di Kumamoto provenivano principalmente da falde acquifere di montagna a bassa quota, acqua del suolo nelle aree di ricarica, e infiltrazioni dalla zona centrale del fiume Shirakawa. Dopo il terremoto, i ricercatori ritengono che le fratture sismiche sul lato ovest del Monte Aso abbiano aumentato la permeabilità dell'acquifero di montagna che ha rilasciato le acque sotterranee verso l'area di ricarica del sistema di flusso e aumentato i livelli dell'acqua. Per di più, i livelli delle acque sotterranee nell'area di deflusso che erano scesi immediatamente dopo la scossa principale sono stati quasi ripristinati in appena un anno.

"La nostra ricerca è la prima a catturare in dettaglio i cambiamenti dell'ambiente idrologico causati da un grande terremoto, " ha affermato il professore associato Takahiro Hosono, leader dello studio. "Il fenomeno che abbiamo scoperto può verificarsi ovunque sulla Terra in aree con condizioni climatiche e geologiche simili a Kumamoto. Speriamo che la nostra ricerca sia utile sia per gli accademici che per la definizione di linee guida per l'uso dell'acqua regionale in caso di disastro".