I ricercatori dell'Università della California di San Diego riportano in un nuovo studio un modo per migliorare il monitoraggio delle acque sotterranee utilizzando una tecnologia di telerilevamento (nota come InSAR), insieme ai dati sul clima e sulla copertura del suolo, per colmare le lacune nella comprensione delle acque sotterranee sostenibili nella San Joaquin Valley in California.

Il loro lavoro potrebbe essere rivoluzionario per la gestione dell'uso delle acque sotterranee nelle regioni agricole di tutto il mondo, poiché il monitoraggio e la gestione delle acque sotterranee sono stati notoriamente difficili da eseguire a causa della mancanza di dati affidabili.

Il satellite InSAR (radar interferometrico ad apertura sintetica) viene utilizzato per realizzare mappe ad alta risoluzione del movimento della superficie terrestre nello spazio e nel tempo, compresa la misurazione della subsidenza (o affondamento). La subsidenza può verificarsi quando grandi quantità di acque sotterranee vengono rimosse dai depositi sotterranei, chiamati acquiferi.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Lettere di ricerca ambientale , ha approfittato della risoluzione incredibilmente fine di InSAR per valutare i modelli di subsidenza in base al tipo di coltura, rivelando risultati sorprendenti. Per esempio, nonostante le segnalazioni di un elevato consumo di acqua da parte delle colture di frutta e noci in California, i tipi di colture con i maggiori tassi di subsidenza, e per associazione i maggiori tassi di utilizzo delle acque sotterranee, erano colture da campo come mais e soia, seguito da colture da pascolo come l'erba medica, raccolti di camion come pomodori, e infine, colture di frutta e noci come mandorle e uva.

"La nostra ipotesi iniziale era che i raccolti di frutta e noci sarebbero stati associati ad alcuni dei più alti tassi di subsidenza, ma abbiamo trovato il contrario, " ha detto l'autore principale dello studio, Morgan Levy, un assistente professore con un appuntamento congiunto con Scripps Institution of Oceanography e School of Global Policy and Strategy della UC San Diego.

Poiché lo spostamento è una risposta al cambiamento di stoccaggio delle acque sotterranee in luoghi con geologia variabile, suoli e vegetazione, l'interpretazione di InSAR varia da località a località, a differenza delle misurazioni satellitari del clima che hanno la stessa interpretazione in qualsiasi luogo. Perciò, InSAR deve essere combinato con altre fonti di dati geofisici per ottenere informazioni sull'uso delle acque sotterranee specifiche per località.

Combinando InSAR con altri set di dati sulla superficie terrestre, inclusa la copertura del suolo, potenziale evapotraspirazione (una misura della domanda di acqua della pianta), e l'ubicazione delle reti di approvvigionamento idrico superficiale, I ricercatori dell'UC San Diego hanno scoperto che tra il 2015 e il 2017 la subsidenza si è verificata a tassi molto più elevati nei terreni coltivati ​​irrigati rispetto ai terreni non sviluppati, e negli anni a superficie secca con acqua limitata rispetto agli anni piovosi.

Durante il periodo di studio, c'era una mediana di 272 millimetri (o 16 pollici) di subsidenza cumulativa totale per le colture di campo (come mais e soia), e un tasso di subsidenza annuale dell'acqua secca di 131 millimetri (5 pollici) all'anno. Per le colture di frutta e noci, (come mandorle e uva) c'è stata una mediana di 62 millimetri (2,5 pollici) di subsidenza totale durante il periodo di studio, e un tasso di subsidenza annuale dell'acqua secca di 31 millimetri (1 pollice) all'anno.

"Il risultato potrebbe essere spiegato da due cose. Primo, in media frutta e noci richiedono fisiologicamente meno acqua, rispetto alle colture da campo e da pascolo. Secondo, le colture da campo e da pascolo tendono a utilizzare metodi di irrigazione meno efficienti e con volumi più elevati rispetto a quelli utilizzati dalle colture di frutta e noci, "Levy ha detto. "Tuttavia, frutta e noci possono ancora consumare maggiori volumi totali di acqua perché occupano una superficie maggiore, anche se la loro intensità di utilizzo delle acque sotterranee è inferiore".

I metodi ei risultati di questa ricerca potrebbero essere utilizzati per sostenere lo sforzo in corso dello stato per prevenire lo scoperto delle falde acquifere. Le acque sotterranee sono una risorsa fondamentale sia a livello nazionale che globale:negli Stati Uniti, le acque sotterranee sono una fonte di acqua potabile per circa la metà della popolazione, e costituisce la più grande fonte di acqua irrigua per l'agricoltura. L'irrigazione rappresenta circa il 70% del totale dei prelievi di acque sotterranee degli Stati Uniti, e la California ha i più alti tassi di pompaggio delle acque sotterranee della nazione.

"I nostri risultati indicano che nella Central Valley, i costi e i benefici delle transizioni dalle colture in pieno campo e verso le colture di frutta e noci negli ultimi anni sono più complessi di quanto generalmente ipotizzato, " Levy ha aggiunto. "I nostri risultati suggeriscono la possibilità che le transizioni alla coltivazione di frutta e noci potrebbero essere desiderabili, almeno dal punto di vista della sostenibilità delle acque sotterranee, anche se sono necessarie ulteriori ricerche per confermarlo".

Potenziale globale per migliorare il monitoraggio e la gestione delle acque sotterranee

La California è un esempio di clima semi-arido e dipendente dall'irrigazione per l'agricoltura. Sforzi coordinati del team di scienziati del clima e geofisici della UC San Diego per collegare la subsidenza, utilizzo delle acque sotterranee e superficiali, e i dati sulla produzione agricola su scale temporali e spaziali comparabili hanno un enorme potenziale per far progredire il monitoraggio e la gestione delle acque sotterranee nelle regioni agricole in altre parti del mondo, hanno detto gli autori.

Nella valle di San Joaquin durante gli anni piovosi, gli agricoltori possono ricevere fino al 100% delle loro assegnazioni di acqua superficiale, mentre negli anni estremamente secchi, potrebbero non riceverne. Quando le forniture di acqua superficiale non sono disponibili, gli agricoltori estraggono le acque sotterranee. Così, le acque sotterranee sono diventate sempre più importanti a causa dei cambiamenti climatici, poiché la California e molte parti del mondo hanno sperimentato carenze idriche superficiali. Però, si verifica un pompaggio eccessivo, anche in anni relativamente piovosi. E, le falde acquifere possono esaurirsi.

Nel 2014, La California ha approvato una legge che impone un graduale, spostamento guidato a livello locale verso un uso sostenibile delle acque sotterranee, la risorsa su cui fa affidamento l'85 percento della sua popolazione e gran parte della sua industria agricola da 50 miliardi di dollari. I dati di InSAR possono essere fondamentali per gli sforzi dello stato per eseguire un monitoraggio e una gestione efficaci in risposta ai cambiamenti climatici.

Sebbene la legislazione abbia incoraggiato le agenzie locali a iniziare a utilizzare l'InSAR per documentare il cedimento del terreno, gli usi di InSAR per il monitoraggio diretto dell'uso delle acque sotterranee sono nelle prime fasi del loro sviluppo. Gli sforzi di ricerca della UC San Diego forniscono un esempio di come i gestori delle risorse idriche potrebbero utilizzare le fonti di dati satellitari, compreso InSAR, monitorare direttamente le relazioni locali tra subsidenza, pompaggio delle acque sotterranee e portafogli di colture.

"La promessa di InSAR risiede nella nostra capacità di combinarlo con altre fonti di dati geofisici e sociali per rispondere a domande rilevanti per la politica dell'acqua, " Levy e co-autori hanno scritto. "Forniamo un'anteprima della potenza di tale sintesi, dimostrando che i modelli spaziali di subsidenza e la loro relazione con la coltivazione agricola e la relativa domanda di acqua sono chiari e robusti".

hanno concluso, "I nostri risultati suggeriscono che le leve politiche a sostegno della gestione sostenibile delle acque sotterranee potrebbero trarre vantaggio dalla considerazione dell'intensità dell'uso delle acque sotterranee della selezione delle colture, non solo la sostenibilità difficile da definire dei volumi di estrazione delle acque sotterranee oltre i confini della falda acquifera che rimangono incerti e che sono costosi da delineare".