Вода из снега и дождя просачивается глубоко в землю между слоями почвы и накапливается в губчатых подземных ваннах, называемых водоносными горизонтами. Фермеры в значительной степени полагаются на эти грунтовые воды для орошения своих культур, когда они не могут получить достаточно воды из поверхностных источников.
Примерно 85 процентов жителей Калифорнии также используют грунтовые воды для получения некоторой части своего водоснабжения.
Во всем мире от этого зависят около двух миллиардов человек. Однако чрезмерное использование грунтовых вод в сочетании с засухой привело к оседанию поверхности земли, что привело к повреждению важнейшей инфраструктуры, включая дороги, здания, канализационные и водопроводные трубы.
Новое исследование Калифорнийского университета в Риверсайде показывает, что грунтовым водам требуется в среднем три года для восстановления после засухи – если они вообще когда-либо восстанавливаются. В крупнейшем исследовании такого рода ученые обнаружили, что это время восстановления применимо только к водоносным горизонтам, которые не затронуты деятельностью человека, а время восстановления может быть еще больше в регионах с чрезмерной перекачкой.
Для восстановления уровня грунтовых вод после засухи новым осадкам требуется время, чтобы просочиться через почву и пополнить истощенный водоносный горизонт.
Исследователи показывают, что этот процесс может длиться на несколько лет дольше в районах с более глубоким уровнем грунтовых вод.
«Если люди откачивают грунтовые воды, не давая им пополниться, уровни грунтовых вод будут продолжать снижаться, стоимость откачки возрастет, а земля опустится», – пояснил Хури Аджами, гидролог подземных вод UCR, соавтор исследования и главный исследователь этого проекта.
Новое исследование, опубликованное в Journal of Hydrology, является первым исследованием реакции грунтовых вод на засухи в континентальном масштабе.
Предыдущие исследования засухи в грунтовых водах в основном полагались на моделирование и охватывали меньшие площади. Это исследование опиралось на 30-летние ежедневные измерения на 600 скважинах по всей стране.
В среднем, исследователи определили, что засуха из-за дождевой воды превращается в засуху в грунтовых водах примерно за два года, хотя в некоторых случаях требуется целых 15 лет. Из-за большого времени задержки эффекты не ощущаются и не видны сразу.
Однако они могут быть серьезными.
Засуха грунтовых вод в сочетании с откачкой может вызвать постепенное неравномерное опускание поверхности земли, называемое проседанием. «Это известная проблема в Центральной долине Калифорнии, усугубляемая климатическими факторами и чрезмерной перекачкой воды», – сказал Аджами. «Оседание наносит необратимый ущерб инфраструктуре, зданиям и дорогам."
По мере смещения почвы и снижения уровня воды загрязнители в почве, такие как мышьяк, могут мобилизоваться и отравлять воду. В прибрежных районах водоносные горизонты, истощенные из-за засухи и откачки, могут заполняться соленой морской водой, что делает грунтовые воды непригодными для питья или сельского хозяйства.
«Вы начинаете с проблемы количества воды и заканчиваете проблемой качества воды», – сказал Аджами.
«Чрезмерная откачка снижает уровень грунтовых вод, создавая нисходящую спираль, по которой восстановление водоносного горизонта становится все труднее и труднее», – добавил соавтор исследования Адам Шрайнер-МакГроу.
Чтобы уменьшить ущерб от продолжительных засух, которые неизбежны, поскольку планета продолжает нагреваться, исследователи дают несколько рекомендаций. Большинство климатических моделей показывают, что дождь становится более интенсивным.
Хранение дождевой воды может пополнить водоносные горизонты, ускоряя процесс восстановления.
Исследователи также предполагают, что фермеры улучшат эффективность орошения и переключат многолетние растения, такие как миндаль, фисташки и грецкие орехи, на однолетние, менее водоемкие культуры в районах, где истощение грунтовых вод является серьезным.
«Нам необходимо улучшить наши климатические прогнозы, включив в них грунтовые воды, чтобы мы могли лучше оценить, что у нас есть и как их защитить», – сказал Аджами. "Есть способы лучше управлять тем, что у нас есть."