Le acque sotterranee sono una risorsa chiave per gli utenti dell'acqua nella Central Valley della California, un importante polo agricolo con una produzione economica di decine di miliardi di dollari all'anno. La deformazione superficiale nella Central Valley è stata a lungo collegata ai cambiamenti nello stoccaggio delle acque sotterranee, ma i tempi e il movimento del flusso d'acqua sotto la superficie sono stati capiti male a causa della mancanza di dati affidabili.

Ora, per la prima volta, scienziati della Scripps Institution of Oceanography e School of Global Policy and Strategy della University of California San Diego, così come l'US Geological Survey stanno utilizzando dati satellitari avanzati per mappare l'"impulso" del flusso delle acque sotterranee attraverso la valle di San Joaquin, la porzione meridionale della Valle Centrale.

In un nuovo studio pubblicato il 7 aprile in Ricerca sulle risorse idriche , i ricercatori interdisciplinari descrivono come i recenti progressi nel telerilevamento hanno consentito la mappatura dettagliata della deformazione superficiale nella valle di San Joaquin e dei cambiamenti associati nelle risorse idriche sotterranee.

Lo studio è il primo a esaminare dove e quando viene ricaricata la falda acquifera nella regione, un processo in cui l'acqua superficiale si sposta verso il basso attraverso il suolo e le rocce poco profonde, eventualmente aggiunto a depositi sotterranei chiamati falde acquifere. Questa ricarica fa salire la superficie, poiché la falda acquifera si gonfia a causa dell'aumento del volume di acqua immagazzinata.

I risultati sono particolarmente tempestivi in ​​quanto la California implementa il suo Sustainable Groundwater Management Act per comprendere e proteggere meglio le sue risorse idriche sotterranee.

"Studiare il movimento delle acque sotterranee è come una scatola nera:stiamo cercando di ottenere qualsiasi tipo di informazione su ciò che sta accadendo all'acqua sotto la superficie, " disse Wesley Neely, un dottorato di ricerca candidato alla Scripps Oceanography e autore principale dello studio. "Il set di dati che stiamo esaminando in questo studio ci sta aiutando a colmare alcune delle lacune, e ora siamo in grado di mappare la traccia del flusso delle acque sotterranee attraverso la Central Valley su scale rilevanti per la politica".

Sulla base delle osservazioni satellitari, l'altezza della superficie terrestre nella Central Valley cambia di più o meno 2,75 pollici man mano che i livelli delle acque sotterranee aumentano e diminuiscono durante tutto l'anno. Durante la siccità, il terreno nella regione può affondare fino a 13,7 pollici all'anno.

Le nuove osservazioni sono state effettuate utilizzando InSAR (radar interferometrico ad apertura sintetica) basato su satellite dalle missioni Sentinel-1 e dati continui del sistema di posizionamento globale (cGPS). I ricercatori hanno utilizzato le osservazioni satellitari del movimento nella superficie terrestre per visualizzare il movimento dell'acqua nel sottosuolo, mappare in modo efficiente un importante processo geofisico altrimenti difficile e costoso da osservare.

"Questa ricerca è significativa perché i risultati ci forniscono un nuovo strumento per documentare e comprendere il cambiamento nei sistemi connessi delle acque superficiali e sotterranee, ", ha affermato il coautore dello studio Morgan Levy, un assistente professore con un incarico congiunto presso la Scripps Oceanography e la School of Global Policy and Strategy della UC San Diego.

Questo lavoro si basa su un recente studio di Levy e altri ricercatori della UC San Diego che hanno utilizzato immagini satellitari per monitorare la subsidenza, o affondando, nella Valle Centrale, che può verificarsi quando grandi quantità di acque sotterranee vengono rimosse dalle falde acquifere.

La Valle di San Joaquin è un bacino sedimentario, composto da ghiaia mista a strati di argilla e limo, con sacche d'acqua nascoste tra i grani di questo materiale. Quando l'acqua viene prelevata dal sistema, la conseguente variazione di pressione può portare i grani a collassare uno sopra l'altro, che potrebbe comportare un cedimento permanente, una grande preoccupazione per la regione.

"È come un castello di carte che cade, " disse Neely. "Una volta che si verifica un crollo, può essere molto difficile riaprire quello spazio".

Però, guardando i dati satellitari del 2016, un anno secco, e 2017, un anno piovoso, Neely ha trovato alcune regioni specifiche nella valle di San Joaquin dove il sollevamento della superficie suggerisce percorsi per la ricarica della falda acquifera, dove e quando l'acqua superficiale entra nei bacini idrici sotterranei.

La vista del radar della regione ha fornito a Neely e ai suoi collaboratori l'opportunità di costruire una serie temporale di immagini che potrebbero essere studiate in dettaglio. Piuttosto che concentrarsi sul grande segnale di subsidenza derivante dall'estrazione delle acque sotterranee, i ricercatori hanno studiato il segnale stagionale che si nascondeva nelle serie temporali. Il segnale stagionale fornisce informazioni su quando e dove un punto sul terreno ha un picco relativo in un dato anno, che si traduce in un picco del livello delle acque sotterranee in quel punto.

Mappando questo tempismo attraverso la valle, hanno trovato regioni in cui il picco di sollevamento corrispondeva ai tempi di ingresso dell'acqua, come il deflusso del fiume dalle catene montuose della Sierra Nevada. Data la tempistica del sollevamento e la loro vicinanza a fiumi e torrenti, ciò ha suggerito che la ricarica della falda acquifera si stava verificando dove grandi quantità di acqua scorrevano dai vicini bacini idrografici della Sierra Nevada.

Ulteriore, hanno riscontrato che allontanandosi dal luogo di presunta ricarica, i tempi di sollevamento cambiano in modi che possono suggerire percorsi per il flusso delle acque sotterranee.

"È come osservare un impulso che attraversa la falda acquifera, " ha detto Neely. "Non solo abbiamo localizzato regioni in cui si verifica la ricarica stagionale delle acque sotterranee, ma possiamo stimare i tempi degli eventi di ricarica, dove le acque sotterranee possono defluire dopo essere entrate nel sottosuolo, e come questa risposta cambia durante gli anni di acqua secca e umida."

Questo studio fornisce nuove informazioni su un sistema acquifero che può essere utilizzato per limitare i modelli di subsidenza e delle acque sotterranee.

"La parte più interessante della ricerca è stata proprio vedere, nello spazio e nel tempo, la connessione fisica tra le reti idriche superficiali e il cambiamento della superficie terrestre guidato dalle acque sotterranee. Sappiamo che le acque superficiali e le falde acquifere sono collegate, ma le fonti di dati tradizionali non ti consentono di osservare queste connessioni così chiaramente, " disse Levi.

Le loro scoperte sulla distribuzione non uniforme della ricarica delle acque sotterranee nella valle di San Joaquin contraddicono il modo in cui operano attualmente le agenzie di gestione delle acque sotterranee. Le attuali linee guida presuppongono che tutti ricevano importi equivalenti di ricarica.

I ricercatori hanno affermato che i loro risultati hanno serie implicazioni su come le agenzie idriche dovrebbero pensare a coordinare i loro sforzi per raggiungere gli obiettivi di sostenibilità fissati dallo stato. Sebbene questo studio fosse basato in California, le metodologie delineate sono ampiamente applicabili ai sistemi acquiferi regionali in tutto il mondo.