Una vista dei modelli di tipo sedimentario risultanti dalla trasformazione dei modelli a resistività inversa tagliati a metà del mandorleto, sottolineata da un'immagine satellitare dell'area di studio. La scala dei colori spazia dallo zero percento di materiale a predominanza grossolana (blu) al cento percento di materiale a predominanza grossolana (rosso). La linea bianca tratteggiata mostra un potenziale percorso di ricarica dalla superficie alla parte superiore della zona saturata. Credito:Goebel &Knight, Diario Zona Vadose 2021
Gran parte dell'industria agricola da 50 miliardi di dollari della California dipende dalle acque sotterranee. Di solito vediamo solo ciò che quest'acqua rende possibile al di sopra del suolo:mandorleti e pistacchi, agrumeti, filari di lattuga e viti e mandrie di bovini in una valle che fornisce un quarto del cibo della nazione anche quando l'acqua superficiale è scarsa.
Ma molte cose stanno accadendo sotto la superficie. nel profondo sottosuolo, intricati canali di sabbia e ghiaia si intrecciano attraverso argille e limi ben compattati, permettendo alla Terra di trattenere l'acqua come una spugna.
Un pompaggio eccessivo può spremere la spugna, l'esaurimento permanente della capacità di stoccaggio di una falda acquifera e il rilascio di arsenico tossico nelle riserve idriche. Nella fertile Central Valley della California, anni di scoperto dilagante hanno portato a carenze in molti a basso reddito, comunità prevalentemente latine e fece seccare i pozzi e sprofondare la superficie del terreno, infrastrutture dannose.
"Per il tempo più lungo, la gestione dei nostri sistemi di acque sotterranee è stata trascurata, ", ha detto la geofisica della Stanford University Rosemary Knight. "La gente non ha veramente capito cosa stava succedendo e non ha riconosciuto la necessità di un'attenta gestione".
Strutture nascoste
Tra una siccità in rapido peggioramento e un mandato della California per portare in equilibrio i prelievi e i depositi delle falde acquifere entro il 2040, c'è ora una crescente urgenza di comprendere meglio le strutture nascoste dei bacini idrici sotterranei.
Un laghetto di ricarica delle acque sotterranee situato per motivi di Stockton East Water District (SEWD), un impianto di trattamento dell'acqua potabile nella contea di San Joaquin che fornisce acqua di superficie per usi agricoli e urbani, nel marzo 2017. Credito:California Department of Water Resources
Una possibile soluzione per bilanciare il bilancio idrico della falda acquifera prevede l'allagamento strategico di un campo, frutteto o laghetto di ricarica dedicato e far filtrare l'acqua attraverso canali sabbiosi. In una ricerca pubblicata all'inizio di questo mese in Diario della zona di Vadose , La Knight e la studiosa post-dottorato Meredith Goebel dimostrano un nuovo modo di valutare i siti per questo tipo di ricarica gestita della falda acquifera utilizzando misurazioni del suolo e un sistema geofisico trainato da un veicolo fuoristrada.
Il sistema geofisico si basa su un processo simile all'imaging medico del corpo e prevede il sondaggio del sottosuolo fino a una profondità di 200 piedi con un campo magnetico. Questo produce una misura della resistività elettrica, che tende ad essere più alto nelle sabbie e nelle ghiaie rispetto alle argille che possono impedire all'acqua di raggiungere le falde acquifere. Prossimo, la stessa fascia di terreno viene rilevata utilizzando un metodo noto come prova penetrometrica a cono, in cui i tecnici spingono un cono di acciaio carico di sensori di circa 70 piedi nel terreno in diversi punti intorno al sito per determinare i tipi di sedimenti.
Armati di entrambi i set di dati, Knight e Goebel mostrano come trasformare matematicamente le misure di resistività in tipo di sedimento, fornendo efficacemente le chiavi per sbloccare una mappa 3D di ciò che si trova sotto potenziali siti di ricarica. "Questo fornisce un modo per i gestori delle risorse idriche di valutare la terra prima di impegnarsi nelle spese per acquisirla e mettere in atto un'operazione di ricarica, " disse Cavaliere, il professore di George L. Harrington alla Stanford's School of Earth, Scienze energetiche e ambientali (Stanford Earth).
Goebel dice che ora è il momento di costruire queste mappe. "Per molte di queste operazioni di ricarica nella Central Valley, stanno parlando di cercare di catturare le acque alluvionali durante gli anni piovosi. Devono fare un sacco di lavoro ora per essere pronti quando arriva l'acqua, " lei disse.
Potrebbe anche aiutare a placare le preoccupazioni dei coltivatori riguardo all'allagamento della loro terra, Cavaliere aggiunto. "L'ultima cosa che vogliamo è allagare un campo e perdere molta di quell'acqua attraverso l'evaporazione. O anche peggio, avere un terreno impregnato d'acqua che danneggia le radici degli alberi in un mandorleto o aumenta il rischio che gli alberi cadano, ", ha affermato Knight, che è anche senior fellow presso lo Stanford Woods Institute for the Environment.
Thomas E. Levy Groundwater Replenishment Facility di Coachella Valley Water District a Coachella, I percolati della California hanno importato l'acqua del fiume Colorado nel sottobacino orientale della falda acquifera della Coachella Valley nel luglio 2014. Credito:Kelly M. Grow, Dipartimento delle risorse idriche della California
Siccità in peggioramento
La ricerca arriva mentre la siccità si intensifica ancora una volta in California e in Occidente, con circa l'87 percento della regione che ora sta vivendo un certo livello di siccità e la maggior parte delle contee della California affronta condizioni di siccità estrema o peggio. In tutto il mondo, ricerche recenti suggeriscono che fino a un pozzo su cinque a livello globale rischia di prosciugarsi se i livelli delle acque sotterranee diminuiscono anche di pochi metri. "La gestione sostenibile delle nostre risorse idriche sotterranee è essenziale per supportare sia i bisogni umani che il funzionamento degli ecosistemi naturali, "Ha detto Knight. "Non possiamo continuare a pompare le acque sotterranee al punto che i torrenti non scorrono più e i pesci non depongono più le uova".
Knight ha lavorato a lungo per espandere i rilievi elettromagnetici aerei dei sistemi di acque sotterranee in California, e quest'estate l'agenzia statale per le acque dovrebbe iniziare un progetto da 12 milioni di dollari per mappare i bacini delle acque sotterranee in tutta la California interpretando i dati acquisiti da un circuito di trasmissione sospeso da un elicottero, un approccio che Knight ha contribuito a perfezionare per l'applicazione in California attraverso la sua guida di due progetto pilota di un anno.
Il nuovo metodo porta il sistema aereo sulla Terra, trasmettere segnali elettromagnetici da un dispositivo, sviluppato negli ultimi cinque anni presso l'Università di Aarhus in Danimarca, che si adatta perfettamente tra i filari di mandorli. Knight e Goebel hanno lavorato con un coltivatore di mandorle e gestori idrici regionali per far rimbalzare il sistema su un rimorchio trainato da un veicolo fuoristrada attraverso un boschetto nella contea di Tulare in California, che ora è quasi interamente in uno stato di "estrema siccità".
Lungo termine, Knight immagina che la ricarica delle acque sotterranee sia compresa nella zonizzazione. "Se c'è una proposta di sviluppo per un'area, questo nuovo sistema potrebbe essere utilizzato per valutare l'area in termini di contributo alla ricarica del sistema idrico sotterraneo, " ha detto. "Se si scopre che, Hey, questo è uno di quei punti dolci con percorsi per ricaricarsi, non dovresti pensare di asfaltarlo. O, se pensi allo sviluppo in quell'area, lo fai in modo tale da massimizzare la tutela del suo ruolo in ricarica."
