La subsidenza del terreno è un rischio geografico causato dall'assestamento improvviso o graduale (da anni a decenni) della superficie terrestre dovuto alla rimozione del materiale del sottosuolo. Ciò può essere dovuto a una varietà di fattori, sia naturali (come terremoti, attività vulcanica e compattazione di sedimenti non consolidati a grana fine) che antropici (ad esempio, attività mineraria e estrazione di acque sotterranee). Costituisce un grave problema nelle zone urbane dove può causare crolli di edifici e danni alle infrastrutture che possono rappresentare un pericolo per la vita e un problema di gestione delle risorse.
Con l’aumento della subsidenza del terreno che si verifica in aree densamente popolate, un fattore chiave che determina la subsidenza è l’estrazione delle acque sotterranee:la rimozione dell’acqua immagazzinata negli spazi porosi degli strati sotterranei e il trasporto via per il consumo umano e l’irrigazione in agricoltura, portando alla compattazione del terreno. sedimenti sotterranei.
Questo è il focus di una nuova ricerca, pubblicata su Geophysical Research Letters , in cui gli scienziati hanno identificato una significativa correlazione positiva tra il tasso di estrazione delle acque sotterranee e la subsidenza, il che significa che queste aree dovrebbero essere al centro dell'attenzione della gestione delle risorse idriche per alleviare questo rischio geografico.
Tsimur Davydzenka, un dottorato di ricerca. Il ricercatore della Colorado School of Mines, negli Stati Uniti, e i colleghi Dr. Pejman Tahmasebi e Professor Nima Shokri, si sono rivolti all’intelligenza artificiale con apprendimento profondo per prevedere la portata della subsidenza del terreno a livello globale. Spiegando il significato della loro ricerca, Tsimur e il dottor Tahmasebi hanno affermato:"La subsidenza del terreno è un fenomeno distruttivo che danneggia le infrastrutture e le falde acquifere, oltre a mettere a rischio vite umane. La crescita della popolazione ha svolto un ruolo innegabile nell'estrazione delle risorse che ha portato alla cedimento.
"Sulla base dei nostri studi, ci siamo resi conto che esistono diversi studi locali in diversi paesi che esplorano la subsidenza del terreno, ma non c'è sufficiente ricerca su scala globale. Tali mappe non forniscono alcuna informazione sull'entità della subsidenza, che è più importante di solo la possibilità di osservarlo, oppure sono limitati a scale regionali. Utilizzando moderne tecniche di modellazione basate sui dati, abbiamo introdotto la prima mappa globale dei tassi di subsidenza, che può essere utilizzata per informare le politiche di gestione delle acque sotterranee e guidare la mitigazione."
I ricercatori hanno utilizzato i dati esistenti provenienti da studi sulla subsidenza e dal telerilevamento per generare un set di dati di addestramento di 46.000 scenari di subsidenza. Oltre a una selezione di 23 condizioni climatiche, geografiche e topografiche (tra cui precipitazioni, composizione del suolo, spessore dei sedimenti e pendenza), queste sono state utilizzate per addestrare un modello di apprendimento automatico, che è stato poi in grado di stimare l'area totale di terreno a rischio di subsidenza e di cedimento. popolazione in queste zone.
Hanno stabilito che più di 6,3 milioni di km 2 della superficie terrestre (~5% della superficie totale globale) è suscettibile a tassi di subsidenza ritenuti sufficientemente significativi da causare danni e richiedere strategie di mitigazione, che sono superiori a 5 mm/anno. Ciò deriva da un lavoro precedente che suggeriva 12 milioni di km 2 della superficie terrestre ha subito tassi di subsidenza di 430 mm/anno. Di questi più di 6,3 milioni di km 2 , 231.000 km 2 è stato identificato nelle aree urbane, dove la densità di popolazione mostra che circa 2 miliardi di persone (il 25% della popolazione mondiale) si trovano in queste zone ad alto rischio.
Il modello di apprendimento automatico ha determinato che l’estrazione delle acque sotterranee è il principale predittore della subsidenza del terreno, seguito dall’attività sismica dovuta ai terremoti, quindi dalle condizioni ambientali (vale a dire le precipitazioni) che influenzano la ricarica delle acque sotterranee, dallo spessore delle unità sedimentarie (unità più grandi che hanno più spazio per la compattazione finale), dalla temperatura media dei mesi più caldi (importante per le regioni aride e semi-aride soggette a subsidenza), il contenuto di argilla del suolo e la densità di popolazione.
Dato che l’estrazione delle acque sotterranee è la preoccupazione principale, Tsimur e il dottor Tahmasebi suggeriscono modi in cui la dipendenza della popolazione mondiale da queste acque potrebbe essere modificata in futuro. "Per ridurre al minimo la dipendenza dalle acque sotterranee, le misure strategiche includono la promozione dell'efficienza nell'uso dell'acqua, l'implementazione di quadri normativi rigorosi e l'incentivazione di pratiche agricole che ottimizzano il consumo di acqua. Inoltre, investire nelle tecnologie di riciclaggio e recupero dell'acqua può aumentare la disponibilità di acqua senza fare eccessivo affidamento sulle acque sotterranee.
L’eliminazione graduale dell’estrazione delle acque sotterranee potrebbe essere completata dallo sfruttamento di fonti alternative come le acque reflue trattate, la raccolta dell’acqua piovana e la gestione delle acque piovane. Tuttavia, la transizione dovrebbe anche considerare i vincoli spaziali dei bacini idrici e la fattibilità economica della desalinizzazione dell’acqua di mare. Integrando pratiche di conservazione, utilizzando tecnologie innovazioni e diversificando le fonti idriche, è possibile creare un ecosistema sostenibile per l'approvvigionamento idrico, mitigando le sfide ambientali e socioeconomiche associate all'eccessivo prelievo di acque sotterranee."
Per quanto riguarda i sedimenti più colpiti dalla subsidenza, 3,8 milioni di km 2 di sedimenti non consolidati (10% dell'estensione globale) sono stati identificati come rischio primario, con i tassi di subsidenza più elevati di 320,6 mm/anno. I terreni coltivati costituivano la più grande estensione minacciata, con 2,1 milioni di km 2 in tutto il mondo (12,2% della terra coltivata globale), mentre gli altopiani subtropicali e i climi oceanici temperati hanno registrato tassi di subsidenza maggiori di 50 mm/anno.
Nel complesso, si stima che l’Asia meridionale abbia la maggiore estensione di territorio minacciato di subsidenza (il 2,2% della sua superficie totale subisce tassi di subsidenza superiori a 50 mm/anno), nonché il maggior numero di persone che ne sono colpite (20 milioni di persone). ). Altri paesi con tassi di subsidenza superiori a 50 mm/anno includono Filippine, Iran, Costa Rica, Indonesia e Uzbekistan.
Sebbene questa ricerca fornisca un’importante mappa globale della subsidenza dei terreni che aiuterà le imprese, gli agricoltori e le autorità locali nelle aree a rischio più elevato a pianificare le sfide che potrebbero incontrare in futuro, è necessaria un’ulteriore messa a punto del modello. Pertanto, Tsimur e il dottor Tahmasebi affermano che è "certamente possibile" che i modelli futuri possano avere una risoluzione sufficientemente elevata da consentire alle singole autorità locali di utilizzare i dati per strategie di mitigazione.
Ad esempio, data l’importanza dell’estrazione delle acque sotterranee nel set di dati, inclusi maggiori dettagli sulla profondità di estrazione, sul tipo di falda acquifera, sul ritardo tra l’estrazione e il declino della falda freatica, nonché l’interazione dell’industria del petrolio e del gas (contribuendo al 4,36% delle attuali registrazioni di subsidenza), sono passi necessari per migliorare questo lavoro vitale. Con l'aumento della popolazione che aumenta la nostra dipendenza dalle acque sotterranee e i cambiamenti climatici che aumentano la siccità, l'impatto del declino delle acque sotterranee sulla subsidenza del terreno continuerà a essere un problema sempre urgente negli anni a venire.
Ulteriori informazioni: Tsimur Davydzenka et al, Svelare l'estensione globale della subsidenza del terreno:la crisi che affonda, Lettere di ricerca geofisica (2024). DOI:10.1029/2023GL104497
Informazioni sul giornale: Lettere di ricerca geofisica
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