tørke udsatte Californiens tørst efter grundvand. Nu, staten håber at genopfylde sin grundvandsmagasiner

Californiens Central Valley—et af de rigeste landbrugsområder i verden—er ved at synke. Under en nylig intens tørke, fra 2012 til 2016, sank dele af dalen så meget som 60 centimeter om året. “Det er ikke som et jordskælv; det sker ikke, boom,” siger Claudia Faunt, en hydrolog med US Geological Survey. Men det er tegn på en slo .motion-katastrofe, resultatet af regionens umættelige tørst efter grundvand.,

i årtier har landmænd ubarmhjertigt pumpet grundvand for at skylle deres afgrøder og dræne tykke, vandbærende lerlag dybt under jorden. Som ler komprimere, veje, broer, og kunstvanding kanaler har revnet, forårsager omfattende og dyre skader. I 2014, da NASA-forskere fløj radarudstyr over Californiens Akvædukt, et kritisk stykke vandinfrastruktur, fandt de, at et afsnit havde dyppet 20 centimeter over 4 måneder., Sådan sagging kan efterlade kanaler, der bærer mindre vand—en “ultimativ ironi”, siger Graham Fogg, en hydrogeolog ved University of California (UC), Davis, fordi de delvis blev bygget for at mindske efterspørgslen efter grundvand. Overdreven pumpning bringer også vandkvaliteten i fare, da forurenende stoffer ophobes i grundvandet, og leret frigiver arsen. Værst af alt betyder den vedvarende pumpning, at en dag kan akviferer løbe tør for brugbart vand. “Hvis du pumper for hårdt,” siger Fogg, ” spiller du med ild.”

nu har Californien lanceret en milepæl indsats for at redde sit grundvand., I 2014, dybt i tørke, vedtog staten en lov for at beskytte sine akviferer; siden da har lokale vandforvaltere udviklet bæredygtighedsplaner for dem, der anses for de mest truede. Planerne for nogle særligt hårdt ramte regioner, der netop er frigivet til offentlig kommentar, opfordrer til at afslutte grundvandsunderskuddet hovedsageligt ved at tillade Nedbør at genopfylde akviferer, men også ved at begrænse efterspørgslen. Staten finansierer forskere for at indsamle bedre data om krisen; forskere vurderer, at i Central Valley er halvdelen af akviferer farligt udtømt, men de ved ikke omfanget af skaden., Imens, geologer arbejder på at identificere de bedste steder at genopbygge akviferer ved at oversvømme landbrugsmarker, inklusive nogle med særlig gennemtrængelig geologi.Grundvandsvidenskaben tager en ny presserende karakter, da Californien og andre regioner rundt om i verden står over for voksende trusler fra tørke—og i stigende grad borer brønde for at kompensere for manglende regn og sne. Globalt er akviferer “meget stressede” i 17 lande, der besidder en fjerdedel af verdens befolkning, ifølge Worldorld Resources Institute. Vand-og fødevareforsyninger til milliarder af mennesker er truet.,

Californien er et casestudie i udfordringerne ved at beskytte disse ressourcer. Gården interesser, som bruger mest grundvand, ofte modstå, begrænse udbetalinger, der henviser til, at miljøforkæmperne kræver mere vand returneres til vandløb og Sacramento-hoteller i San Joaquin delta; den første retssag udfordrende Californiens bæredygtighed planer blev indgivet sidste måned. Efterspørgslen efter grundvand vokser, hvor gårdene er udvidet til områder med lidt overfladevand. På tværs af staten gør klimaændringer nedbør mindre pålidelig., “Mange mennesker ser til Californien for at se, hvordan loven spiller ud,” siger Ellen Hanak fra Public Policy Institute of California (ppic). Håbet, tilføjer hun, er “der er bare så meget lokal innovation i Californien, at det kan være en model for folk andre steder.”

Californien fungerede engang som en global model for en anden type innovation: massive vandprojekter. Los Angeles og andre byer kæmpede for mere vand, end de kunne få lokalt., San Joaquin Valley i den sydlige Central Valley, statens største og mest lukrative landbrugsområde, havde frugtbar jord og masser af solskin, men aldrig nok vand. Landmændene måtte nøjes med, hvad naturen leverede—og hvad de kunne pumpe fra jorden.

i 1930 ‘ erne begyndte den føderale regering at bygge et netværk af dæmninger, rørledninger og kanaler, der flyttede vand fra Statens vådere nord til gårde i dets semiarid syd. Lokale projekter sendte vand til bycentre. Med vandhanerne tændt blomstrede Californiens gårde og byer.,

men det importerede vand lette ikke trykket på grundvand i lang tid. Takket være elektrificering i landdistrikterne kunne flere landmænd pumpe så meget, som de ville. Der var ingen regler, ingen grænser. Og pumper er blevet stadig mere kraftfuld, med den bedste i stand til at guzzle .le op til 5000 liter i minuttet fra grundvandsmagasiner. 40% af det vand, der anvendes i staten, ud af jorden; under en tørke svulmer andelen til 60%. I nogle landbrugsområder er afhængigheden endnu større i tørre år (Se kort).,

Rabat ved grundvandsudvinding er uholdbart i mange dele af staten, siger Jay Famiglietti, en hydrologist på University of Saskatchewan. I våde år, nok vand fra regn og gushing vandløb synker ned i jorden til delvist at genopfylde akviferer, han siger, men niveauerne kan falde endnu lavere under den næste tørke. “Det er som en tennisbold, der hopper ned ad trappen, det går bare i en retning,” siger Famiglietti.,

tendensen blev særlig bekymrende i tørken 2012-16. I San Joa .uin—dalen sænkede dybe vandingsbrønde grundvandsniveauet—allerede 250 meter under overfladen på steder-og satte det uden for rækkevidde af lavvandede brønde, der gav tusinder af mennesker drikkevand. Andre steder, miljøgrupper frygtede, at fjedre, vandløb, og floder ville løbe tør, når grundvandsniveauet faldt.

Som svar fremlagde statslige lovgivere forslag til regulering af tilbagetrækning af grundvand. Regningerne blev voldsomt imod af landbrugsgrupper, der bekymrede sig for faldende jordværdier., Men skubbet fik fart fra nye satellitradarbilleder, der dramatisk skildrede statens nedsynkningsproblemer. “Billederne henledte virkelig opmærksomheden på et system, der er ude af balance,” siger Rosemary Knight, en geofysiker ved Stanford University.

lovgivere blev også foruroliget over billeder af vandtab (ovenfor) fra NASAs Gravity Recovery and Climate e .periment (GRACE), som undersøger overflade og grundvand ved at måle, hvordan dens masse trækker på et par satellitter., GRACE målinger, kombineret med andre data, viste, at i 2010 Central Valley grundvandsmagasiner afholdt 20 kubik kilometer mindre vand, end de havde i 2003.

loven om bæredygtig Grundvandsforvaltning, der blev lov i September 2014, var “et utroligt skridt” for en stat, der længe havde modstået grundvandsregulering, siger Famiglietti. Men det kræver kun Californiens omkring 260 grundvandsbæredygtighedsbureauer (nye organisationer oprettet i henhold til loven, der ofte består af lokale vanddistrikter) for at stabilisere, ikke for at øge grundvandsniveauet., Og det tillader øget pumpning, hvis det er nødvendigt under tørke, så længe der ikke opstår større problemer. Stadig, loven har tvunget en state .ide nytænkning af grundvand politikker. I Januar, de nye agenturer i 21 bassiner, der blev betragtet som kritisk overtrækket, måtte indsende planer for at opnå grundvands “bæredygtighed” inden for 20 flere år. (Andre agenturer skal indsende deres planer inden 2022.)

push for at udvikle planerne har nogle steder afsløret en forbløffende mangel på data., Mange distrikter er for eksempel ikke sikre på, hvor meget vand der fjernes fra jorden, fordi Californien ikke kræver, at alle pumper har målere. (Lokale regler eller retskendelser kræver måling i nogle bassiner for at hjælpe med at løse tvister.) I mangel af hårde data har forskere i årevis estimeret strømme ved at undersøge elregistre—grundvandspumper er energihogs-og ved at kortlægge omfanget og typerne af kunstvandede afgrøder. Oplysninger om nedsynkning er også nyttige. “Det er ret fantastisk,” siger hydrogeolog andre.Fisher fra UC Santa Cru.., “Vi er nu i stand til ikke at vide, hvad meget af de store grundvandsstrømme er, eller hvordan de varierer.”

at reducere trykket på grundvand er ikke let eller hurtigt. En åbenbar taktik er at reducere efterspørgslen. Nogle dele af Californien har mindsket deres afhængighed af grundvand ved at tilskynde til effektivitet og stille krav såsom vandbesparende brusehoveder og toiletter. Plantning af vandeffektive afgrøder hjælper-druer og unge mandeltræer bruger meget mindre vand end Lucerne, for eksempel. Så gør forlader felter brak, en strategi landmænd har brugt til at klare tidligere tørke.,

men for nogle dele af Californien er sådanne foranstaltninger ikke praktiske, dels på grund af en massiv udvidelse af rentable vinmarker og frugtplantager—træmøtrik areal alene steg 85% mellem 2008 og 2018. De lunde og vinmarker kan ikke brak som andre marker, selv om de kan overleve med mindre vand end normalt. Og landmænd er tilbageholdende med at rive dem ud, fordi de er dyre at plante, kan tage år at modne og har relativt lange levetid.,

Stadig, siger forskere virkelig at beskytte grundvandet i Californien vil kræve nedskæringer i landbruget, der i gennemsnit udgør ca 80% af kommerciel og privat forbrug., For at stabilisere grundvandet i San Joaquin-Dalen, landmændene vil sandsynligvis nødt til at reducere vandede dyrkede arealer med mere end 200.000 hektar, eller 10%, ifølge en 2019 rapport fra PPIC. Ikke overraskende bekymrer sådanne udsigter landmænd over hele staten, siger Chris Scheuring, en vandadvokat hos California Farm Bureau Federation. “Vi håber absolut på afbødede resultater, der får os til bæredygtig forvaltning uden at forårsage meget smerte.”

for at bremse udtømningshastigheden med mindre smerte regner nogle få distrikter med dokumenterede metoder til genopladning af akviferer., I årtier har nogle vanddistrikter fyldt dedikerede damme i våde år, så vandet siver ned i jorden. Andre oversvømmer landbrugsmarker, når der er rigeligt med vand. Vineyards kan tolerere foråret oversvømmelser, og nogle afgrøder, som lucerne, klarer sig godt med oversvømmelsesvanding. Bygning stenkister og berms til at flytte og holde vandet kan være dyrt, imidlertid. I byområder, hvor jorden er knap eller de øverste lag af sediment eller sten ikke er meget gennemtrængelige, pumper embedsmænd vand i jorden i stedet for at fjerne det.,

for at udvide sådan praksis har forskere søgt efter områder, der er modne til genopladning, baseret på faktorer som jordtype, arealanvendelse og akvifergeologi. Et UC Davis-team identificerede 1, 5 millioner lovende hektar ved at gennemgå eksisterende data, rapporterede de i Californiens landbrug i 2015. Nogle af de bedste steder er Dale, nu begravet, der engang eksisterede i Central Valley og var fyldt med grove sedimenter under den sidste istid. Disse søde pletter kan være i stand til at dræne 60 gange så meget vand som gennemsnitlige steder, Fogg siger., Forskere har opdaget kun tre af disse begravede dale, men Fogg siger, at mange andre skal eksistere i betragtning af regionens geologiske historie.Knight bruger geofysiske teknikker til at finde sådanne lovende genopladningsområder. Et helikoptermonteret instrument sender elektromagnetiske signaler ned i jorden og måler de elektriske egenskaber ved begravet sediment for at skabe 3D-kort over geologiske formationer, der er så meget som 300 meter dybe. Derefter kan mindre enheder trækkes gennem marker eller frugtplantager for billeder i højere opløsning., Kortene kan hjælpe ledere med at identificere områder, hvor vand hurtigt suger ind—undgå fund, der kan føre til afgrødesygdomme eller undergrave træer.kortene viser også, hvor vand er mest sandsynligt at nå dybe lag, hvor pumpning forårsager nedsynkning. “Niveauet af kompleksitet, som vi fanger, er fantastisk,” siger Knight. Californiens waterater resources agency forpligtede for nylig $12 millioner til at bruge det helikoptermonterede system i grundvandsbassiner i hele staten.

Gendannelse af grundvand kan blive endnu vigtigere på grund af klimaændringer., Staten har længe været afhængig af rigelig bjergsne for at give en pålidelig, året rundt kilde til overfladevand. Dens mange reservoirer blev designet til at fylde med snesmeltning i juli, og derefter frigive vandet for at imødekomme den højeste efterspørgsel i den varme sommer. Men på grund af en opvarmningstendens bliver den årlige snepakke allerede tyndere og smelter hurtigere. Og klimaforskere forudsiger, at mere og mere nedbør i Californien vil falde som regn, snarere end som sne i bjergene., Alt det betyder, at reservoirer vil fylde hurtigere, og vand skal frigives tidligere i foråret, før det er nødvendigt. Om sommeren ville landmændene sandsynligvis være nødt til at stole endnu mere på grundvand.

for at tilpasse sig den fremtid overvejer embedsmænd en ny ordning, hvor dæmningsoperatører vil frigive vand forud for regnvejr. Det ville gøre plads til stormvandet, og udledningen ville give nedstrøms steder mulighed for at lægge mere i jorden. Ideen lyder enkel, men involverer betydelige ændringer i regler, operationer og i nogle tilfælde infrastruktur, siger Fogg., Stadig er flere pilotprojekter i gang. I American River wateratershed ønsker et oversvømmelseskontrolbureau at eftermontere nogle øvre reservoirer. Hvis strategien implementeres der og i et tilstødende Sierra Nevada-flodbassin, estimerer Fogg og kolleger, at cirka en tredjedel af en kubik kilometer vand kunne opbevares under jorden hvert år. Det er 10% til 25% af det årlige State .ide underskud, siger Fogg.,

Genoplade vand, der kommer fra bjergene, reservoirer ofte er af høj kvalitet., Men en anden kilde, stormvand afstrømning fra by—eller forvaltede Landskaber, kan udgøre et problem: at forhindre, at forurenende stoffer—inklusive landbrugsgødning-siver ind i grundvandet. Fisher har studeret måder at fjerne visse forurenende stoffer ved at tilføje biomatter som træ mulch og mandel skaller til jorden på genopladningssteder. Hans team har fundet ud af, at materialerne kan fremme væksten af mikrober, der fjerner nitrat, et almindeligt forurenende stof., “Hvis vi vil lægge hundreder af tusinder eller millioner af acre fødder vand i jorden hvert år, bør vi benytte enhver lejlighed til at gøre den vandrenser på vej ind,” siger Fisher.

genopladning er ikke hele løsningen. I San Joa .uin—dalen vurderer forskere, at genopladning alene kan eliminere i bedste fald kun 25% af grundvandsunderskuddet-delvis fordi der er så lidt overfladevand til at begynde med i regionen., Så eventuelle yderligere besparelser vil sandsynligvis komme fra reduceret pumpning med dens politiske udfordringer samt at skifte vand til de mest produktive afgrøder, mens andre forlader ukultiverede. Det vil kræve nye kanaler og anden infrastruktur og et nyt koordinationsniveau. På tværs af staten, flere offentlige og private enheder bliver nødt til at arbejde sammen om at styre udbud og efterspørgsel på omfanget af hele bassiner, for at minimere de økonomiske omkostninger ved at bruge mindre vand., “Der skal være politisk innovation eller finansielle innovation for at få folk til at flytte væk fra denne myte, at vi stadig har en ubegrænset grundvand udbud og som vi bare aldrig kommer til at ramme bunden,” Famiglietti siger.Bridget Scanlon, en hydrolog ved University of Te .as, Austin, er optimistisk for, at innovation vil forekomme. “Californien har muligheder for at bevæge sig mod mere bæredygtig forvaltning, og det tror jeg, de er,” siger hun. Fogg er håbefuld, også, men tilføjer en forsigtig note. “Civilisationen har aldrig haft stor succes med at kontrollere vandefterspørgslen,” bemærker han.,heldigvis har Californiens seneste vintre givet nok Nedbør til at tillade akviferer at genvinde lidt. Staten kan ikke finde ud af, om den lærte lektierne fra den sidste tørke til den næste.