L'eccessivo pompaggio da falde acquifere sotterranee può causare l'affondamento del terreno circostante e danneggiare le strade, ponti e altre infrastrutture, ridotto stoccaggio delle acque sotterranee, e acqua potabile contaminata, secondo i ricercatori del Missouri S&T. Stanno usando una forma di intelligenza artificiale nota come apprendimento automatico per mappare l'affondamento, chiamato subsidenza della terra, per aiutare i funzionari della politica idrica a prendere decisioni informate.

Dottor Ryan Smith, un assistente professore di idrologia nel dipartimento di geoscienze e ingegneria geologica e petrolifera presso S&T, dice temperature in aumento, il cambiamento dei modelli di precipitazione e la crescente domanda di acqua dolce stanno mettendo a dura prova le falde acquifere. Siccità più frequenti ed estreme, nonché inondazioni, riducono la capacità di catturare e immagazzinare acqua. Gli Stati Uniti occidentali sono stati particolarmente colpiti a causa della limitata disponibilità di acqua superficiale, popolazioni in rapida crescita e colture di alto valore che richiedono grandi quantità di acqua.

I metodi tradizionali di misurazione della subsidenza del terreno nelle aree di estrazione delle acque sotterranee non richiedono solo tempo, ma anche costoso e potrebbe causare errori o lacune, Smith dice. Al contrario, l'apprendimento automatico quantifica la relazione tra i dati ampiamente disponibili sulle acque sotterranee e il cedimento del suolo e può essere utilizzato per prevedere il cedimento futuro. I dati includono i tassi di evaporazione dalla superficie terrestre e dalle piante, uso del suolo e spessore dei sedimenti.

Per svolgere le loro ricerche, Smith e il suo dottorato di ricerca alunno, Sayantan Majumdar, compilato dati idrologici e di subsidenza da satelliti e stazioni GPS terrestri negli Stati Uniti occidentali, compresa la California, Arizona, e Nevada.

La California rappresenta il 75% della subsidenza totale negli Stati Uniti occidentali. Le acque sotterranee irrigano milioni di acri di terreni coltivati ​​nella Central Valley della California, una striscia di 450 miglia di terreno agricolo dove viene coltivato un terzo della frutta e della verdura della nazione. È una delle aree più colpite dal cedimento. Il modello di Smith e Majumdar stima che il terreno sprofonda di oltre due pollici all'anno su una vasta area della Valle, e i tassi di subsidenza in alcune parti della Valle sono stati misurati per essere quasi un piede all'anno.

"Ciò influisce sulle infrastrutture:case, ponti e canali, " dice Smith. "I canali si rompono o non funzionano correttamente. La California sta anche costruendo treni ad alta velocità attraverso la Valley, quindi queste informazioni potrebbero aiutarli a pianificare."

Il potenziale di lisciviazione dell'arsenico è un problema indiretto con subsidenza, Smith dice. Poiché il pompaggio abbassa i livelli dell'acqua nelle falde acquifere poco profonde utilizzate per l'irrigazione, i locali si rivolgono ad acque più profonde per la loro fornitura di acqua potabile. Pompaggio da più profondo, le falde acquifere pressurizzate possono far compattare l'argilla contenente arsenico e rilasciare contaminanti nella falda acquifera, aumentare l'arsenico nell'acqua potabile a livelli pericolosi. Quelle falde acquifere contengono acqua che ha migliaia di anni, e non si riforniscono rapidamente, Smith dice.

Smith e Majumdar stanno estendendo il loro metodo per stimare altre condizioni idrologiche, come la domanda di acque sotterranee nelle falde acquifere ad alto utilizzo, tra cui la falda acquifera delle alte pianure in Kansas, le falde acquifere del bacino e della catena in Arizona e l'acquifero alluvionale del fiume Mississippi negli Stati Uniti meridionali. I risultati potrebbero influenzare la gestione delle acque sotterranee in tutto il mondo e nel Missouri.

"La regione umida del Missouri sudorientale ha un'elevata domanda di acqua sotterranea per i raccolti, Smith dice. "I funzionari della pianura alluvionale del Mississippi potrebbero utilizzare ciò che abbiamo imparato per pianificare in anticipo le esigenze delle acque sotterranee. Vogliamo lavorare con la comunità agricola per una vittoria per tutti".

Smith e Majumdar hanno scritto un articolo sulla ricerca. I loro risultati sono pubblicati in Ricerca sulle risorse idriche , una pubblicazione dell'American Geophysical Union (AGU).