L’acquedotto della California sposta l’acqua dal nord più umido dello stato al sud più secco. Ma non può trasportare abbastanza acqua per evitare il sovraccarico delle acque sotterranee.,
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La Central Valley della California, una delle regioni agricole più ricche del mondo, sta affondando. Durante una recente intensa siccità, dal 2012 al 2016, parti della valle sono affondate fino a 60 centimetri all’anno. ” Non è come un terremoto; non succede, boom”, dice Claudia Faunt, un’idrologa del Servizio geologico degli Stati Uniti. Ma è la prova di un disastro al rallentatore, il risultato della sete insaziabile della regione per le acque sotterranee.,
Per decenni, gli agricoltori hanno pompato incessantemente le acque sotterranee per irrigare le loro colture, drenando strati di argilla spessi e ricchi di acqua nel sottosuolo. Mentre le argille si comprimono, strade, ponti e canali di irrigazione si sono incrinati, causando danni estesi e costosi. Nel 2014, quando gli scienziati della NASA hanno volato apparecchiature radar sopra l’acquedotto della California, un pezzo critico di infrastrutture idriche, hanno scoperto che una sezione aveva immerso 20 centimetri in 4 mesi., Tale cedimento può lasciare canali che trasportano meno acqua – una “ironia finale”, dice Graham Fogg, un idrogeologo presso l’Università della California (UC), Davis, perché sono stati costruiti in parte per rallentare la domanda di acque sotterranee. Un pompaggio eccessivo compromette anche la qualità dell’acqua, poiché gli inquinanti si accumulano nelle acque sotterranee e le argille rilasciano arsenico. Peggio di tutto, il pompaggio persistente significa che, un giorno, le falde acquifere potrebbero esaurire l’acqua utilizzabile. ” Se si pompa troppo forte, “dice Fogg,” stai giocando con il fuoco.”
Ora, la California ha lanciato uno sforzo fondamentale per salvare le sue acque sotterranee., Nel 2014, in piena siccità, lo stato ha approvato una legge per proteggere le sue falde acquifere; da allora, i gestori idrici locali hanno sviluppato piani di sostenibilità per quelli ritenuti più in pericolo. I piani per alcune regioni particolarmente colpite, appena pubblicati per un commento pubblico, richiedono di porre fine al deficit delle acque sotterranee principalmente consentendo alle precipitazioni di riempire le falde acquifere, ma anche riducendo la domanda. Lo stato sta finanziando gli scienziati per raccogliere dati migliori sulla crisi; i ricercatori stimano che nella Central Valley, metà delle falde acquifere sono pericolosamente esaurite, ma non conoscono l’entità del danno., Nel frattempo, i geologi stanno lavorando per identificare i posti migliori per ricostituire le falde acquifere inondando i campi agricoli, tra cui alcuni con geologia particolarmente permeabile.
La scienza delle acque sotterranee sta assumendo una nuova urgenza mentre la California e altre regioni del mondo affrontano crescenti minacce dalla siccità e stanno perforando sempre più pozzi per compensare la pioggia e la neve mancanti. A livello globale, le falde acquifere sono “altamente stressate” nei paesi 17 che detengono un quarto della popolazione mondiale, secondo il World Resources Institute. Le scorte di acqua e cibo per miliardi di persone sono minacciate.,
La California è un caso di studio nelle sfide della protezione di tali risorse. Gli interessi agricoli, che utilizzano la maggior parte delle acque sotterranee, spesso resistono ai prelievi limitanti, mentre gli ambientalisti chiedono che più acqua venga restituita ai fiumi e al delta di Sacramento-San Joaquin; la prima causa legale che sfida i piani di sostenibilità della California è stata presentata il mese scorso. La domanda di acque sotterranee sta crescendo dove le aziende agricole si sono espanse in aree con poca acqua superficiale. In tutto lo stato, il cambiamento climatico sta rendendo le precipitazioni meno affidabili., ” Un sacco di persone stanno cercando in California per vedere come la legge gioca fuori, ” dice Ellen Hanak del Public Policy Institute of California (PPIC). La speranza, aggiunge, è ” c’è così tanta innovazione locale in California che può essere un modello per la gente altrove.”
California una volta servito come un modello globale per un altro tipo di innovazione: enormi progetti di acqua. Los Angeles e altre città chiedevano a gran voce più acqua di quella che potevano ottenere localmente., La valle di San Joaquin nella Southern Central Valley, la più grande e redditizia zona agricola dello stato, aveva terreno fertile e un sacco di sole, ma mai abbastanza acqua. Gli agricoltori dovevano accontentarsi di ciò che la natura forniva e di ciò che potevano pompare da terra.
Nel 1930, il governo federale iniziò a costruire una rete di dighe, condutture e canali che spostavano l’acqua dal nord più umido dello stato alle fattorie nel suo sud semiarido. I progetti locali hanno inviato acqua ai centri urbani. Con i rubinetti accesi, le fattorie e le città della California fiorirono.,
Ma l’acqua importata non ha alleviato a lungo la pressione sulle acque sotterranee. Grazie all’elettrificazione rurale, più agricoltori potevano pompare quanto volevano. Non c’erano regolamenti, non c’erano limiti. E le pompe sono diventate sempre più potenti, con le migliori in grado di inghiottire fino a 5000 litri al minuto dalle falde acquifere. Ora, in un anno umido, circa il 40% dell’acqua utilizzata nello stato esce dal terreno; durante una siccità, la proporzione si gonfia al 60%. In alcune zone agricole, la dipendenza è ancora maggiore durante gli anni secchi (vedi mappa).,
California drying
I satelliti GRACE della NASA rilevano l’attrazione gravitazionale delle masse d’acqua nelle falde acquifere, nei serbatoi e nel manto nevoso. Nel 2014, i dati di GRACE che mostrano la perdita di acqua (sotto, il rosso indica la perdita) hanno contribuito a drammatizzare il drenaggio delle falde acquifere e galvanizzare i legislatori statali per proteggere le acque sotterranee.,2bf”>
I tassi di estrazione delle acque sotterranee sono insostenibili in molte parti dello stato, dice Jay Famiglietti, un idrologo presso l’Università di Saskatchewan. Durante gli anni umidi, abbastanza acqua dalla pioggia e dai flussi zampillanti affonda nel terreno per riempire parzialmente le falde acquifere, dice, ma i livelli possono scendere ancora più in basso durante la prossima siccità. ” È come una palla da tennis che rimbalza giù per le scale, sta solo andando in una direzione”, dice Famiglietti.,
La tendenza è diventata particolarmente preoccupante durante la siccità 2012-16. Nella valle di San Joaquin, i pozzi di irrigazione profondi hanno abbassato i livelli delle acque sotterranee-già 250 metri sotto la superficie in alcuni punti-mettendola fuori dalla portata dei pozzi meno profondi che fornivano acqua potabile a migliaia di persone. Altrove, gruppi ambientalisti temevano che sorgenti, torrenti e fiumi si sarebbero prosciugati man mano che i livelli delle acque sotterranee diminuivano.
In risposta, i legislatori statali hanno introdotto proposte per regolare i prelievi di acque sotterranee. I disegni di legge sono stati ferocemente contrastati da gruppi agricoli, che preoccupati per il calo dei valori dei terreni., Ma la spinta ha guadagnato slancio da nuove immagini radar satellitari che hanno rappresentato drammaticamente i problemi di subsidenza dello stato. ” Le immagini hanno davvero attirato l’attenzione su un sistema che è fuori equilibrio”, afferma Rosemary Knight, geofisica della Stanford University.
I legislatori sono stati anche allarmati dalle immagini di perdita di acqua (sopra) dal Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) della NASA, che esamina la superficie e le acque sotterranee misurando come la sua massa rimorchiatori su una coppia di satelliti., Le misurazioni di GRACE, combinate con altri dati, hanno indicato che nel 2010 le falde acquifere della Central Valley detenevano 20 chilometri cubi di acqua in meno rispetto al 2003.
La legge sulla gestione sostenibile delle acque sotterranee, che è diventata legge nel settembre 2014, è stata “un passo incredibile” per uno stato che aveva a lungo resistito alla regolamentazione delle acque sotterranee, dice Famiglietti. Ma richiede solo circa 260 agenzie di sostenibilità delle acque sotterranee della California (nuove organizzazioni istituite secondo la legge, spesso costituite da distretti idrici locali) per stabilizzare, non aumentare, i livelli delle acque sotterranee., E consente un aumento del pompaggio se necessario durante la siccità, purché non si verifichino problemi importanti. Eppure, la legge ha costretto un ripensamento in tutto lo stato delle politiche delle acque sotterranee. A gennaio, le nuove agenzie in 21 bacini ritenuti criticamente scoperti hanno dovuto presentare piani per raggiungere la “sostenibilità” delle acque sotterranee entro 20 anni. (Altre agenzie devono presentare i loro piani entro il 2022.)
La spinta a sviluppare i piani ha, in alcuni punti, rivelato una sorprendente mancanza di dati., Molti distretti, ad esempio, non sono sicuri di quanta acqua viene rimossa dal terreno perché la California non richiede che tutte le pompe abbiano contatori. (Le norme locali o gli ordini del tribunale richiedono la misurazione in alcuni bacini per aiutare a risolvere le controversie.) In assenza di dati concreti, i ricercatori hanno stimato per anni i flussi esaminando i record di elettricità—le pompe per acque sotterranee sono maiali di energia—e mappando l’estensione e i tipi di colture irrigue. Anche le informazioni sulla subsidenza sono utili. ” È piuttosto sorprendente”, afferma l’idrogeologo Andrew Fisher di UC Santa Cruz., “Siamo in una posizione ora di non sapere quali sono molti dei grandi flussi di acque sotterranee o come variano.”
Ridurre la pressione sulle acque sotterranee non è facile o veloce. Una tattica ovvia è ridurre la domanda. Alcune parti della California hanno ridotto la loro dipendenza dalle acque sotterranee incentivando l’efficienza e imponendo requisiti come docce e servizi igienici a risparmio idrico. Piantare colture efficienti in termini di acqua aiuta-l’uva e i giovani mandorli usano molta meno acqua dell’erba medica, ad esempio. Così fa lasciando i campi incolti, una strategia agricoltori hanno usato per far fronte alle siccità del passato.,
Ma per alcune parti della California, tali misure non sono pratiche, in parte a causa di una massiccia espansione di vigneti e frutteti redditizi—solo la superficie di noci è aumentata dell ‘ 85% tra 2008 e 2018. I boschetti e i vigneti non possono essere lasciati a riposo come gli altri campi, anche se possono sopravvivere con meno acqua del normale. E gli agricoltori sono riluttanti a strapparli, perché sono costosi da piantare, possono richiedere anni per maturare e hanno una durata di vita relativamente lunga.,
Le potenti pompe hanno teso alcune falde acquifere. Livelli più bassi di acque sotterranee hanno causato problemi e portato a richieste per una migliore gestione.
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Ancora, i ricercatori dicono veramente proteggere le acque sotterranee in California richiederà tagli in agricoltura, che in media costituisce circa l ‘ 80% del consumo commerciale e residenziale., Per stabilizzare le acque sotterranee nella valle di San Joaquin, gli agricoltori dovranno probabilmente ridurre le terre coltivate irrigate di oltre 200.000 ettari, o 10%, secondo un rapporto 2019 di PPIC. Non sorprendentemente, tali prospettive preoccupano gli agricoltori in tutto lo stato, dice Chris Scheuring, un avvocato di acqua con la California Farm Bureau Federation. “Speriamo assolutamente in risultati mitigati che ci portino a una gestione sostenibile senza causare molto dolore.”
Per rallentare il tasso di esaurimento con meno dolore, alcuni distretti contano su metodi collaudati per ricaricare le falde acquifere., Per decenni, alcuni distretti idrici hanno riempito stagni dedicati negli anni umidi in modo che l’acqua percola nel terreno. Altri inondano i campi agricoli quando l’acqua è abbondante. I vigneti possono tollerare le inondazioni primaverili e alcune colture, come l’erba medica, fanno bene con l’irrigazione delle inondazioni. Costruire canali sotterranei e berme per spostare e trattenere l’acqua può essere costoso, tuttavia. Nelle aree urbane, dove la terra è scarsa o gli strati superiori di sedimenti o rocce non sono molto permeabili, i funzionari pompano acqua nel terreno invece di rimuoverla.,
Per espandere tali pratiche, i ricercatori hanno cercato aree mature per la ricarica, in base a fattori quali il tipo di suolo, l’uso del suolo e la geologia delle falde acquifere. Un team di UC Davis ha identificato 1,5 milioni di ettari promettenti rivedendo i dati esistenti, hanno riferito in California Agriculture in 2015. Alcuni dei posti migliori sono valli, ora sepolti, che una volta esisteva nella Valle centrale e sono stati riempiti con sedimenti grossolani durante l ” ultima era glaciale. Questi punti dolci possono essere in grado di drenare 60 volte più acqua come siti medi, Fogg dice., I ricercatori hanno scoperto solo tre di queste valli sepolte, ma Fogg dice che molti altri devono esistere data la storia geologica della regione.
Knight sta usando tecniche geofisiche per trovare aree di ricarica così promettenti. Uno strumento montato su elicottero invia segnali elettromagnetici nel terreno, misurando le proprietà elettriche dei sedimenti sepolti per creare mappe 3D di formazioni geologiche profonde fino a 300 metri. Successivamente, dispositivi più piccoli possono essere trainati attraverso campi o frutteti per immagini a risoluzione più elevata., Le mappe possono aiutare i manager a identificare le aree in cui l’acqua si immergerà rapidamente—evitando ponding che può portare a malattie delle colture o minare gli alberi.
Le mappe mostrano anche dove è più probabile che l’acqua raggiunga strati profondi in cui il pompaggio sta causando cedimenti. ” Il livello di complessità che stiamo catturando è incredibile”, afferma Knight. La California water resources agency ha recentemente impegnato million 12 milioni per utilizzare il sistema montato su elicottero nei bacini idrici in tutto lo stato.
Il ripristino delle acque sotterranee potrebbe diventare ancora più importante a causa dei cambiamenti climatici., Lo stato ha a lungo fatto affidamento sull’abbondante neve di montagna per fornire una fonte affidabile di acque superficiali per tutto l’anno. I suoi numerosi serbatoi sono stati progettati per riempirsi di scioglimento della neve entro luglio, e quindi rilasciare l’acqua per soddisfare il picco della domanda durante la calda estate. Ma a causa di una tendenza al riscaldamento, il manto nevoso annuale sta già diventando più sottile e si scioglie prima. E gli scienziati del clima prevedono sempre più precipitazioni in California cadrà come pioggia, piuttosto che come neve in montagna., Tutto ciò significa che i serbatoi si riempiranno prima e l’acqua dovrà essere rilasciata prima in primavera, prima che sia necessaria. In estate, gli agricoltori dovrebbero probabilmente contare ancora più pesantemente sulle acque sotterranee.
Per adattarsi a quel futuro, i funzionari stanno riflettendo su un nuovo accordo in cui gli operatori delle dighe rilascerebbero acqua prima dei temporali. Ciò farebbe spazio all’acqua piovana e lo scarico consentirebbe ai siti a valle di mettere più nel terreno. L’idea sembra semplice, ma comporta cambiamenti significativi nei regolamenti, operazioni, e in alcuni casi le infrastrutture, Fogg dice., Ancora, diversi progetti pilota sono in corso. Nello spartiacque del fiume americano, un’agenzia di controllo delle inondazioni vuole retrofit alcuni serbatoi superiori. Se la strategia viene implementata lì e in un adiacente bacino del fiume Sierra Nevada, Fogg e colleghi stimano che circa un terzo di un chilometro cubo di acqua potrebbe essere immagazzinato sottoterra ogni anno. Questo è il 10% al 25% del deficit annuale in tutto lo stato, dice Fogg.,
Quando la siccità svuota i serbatoi, come il lago Cachuma vicino a Santa Barbara, in California, nel 2015, le acque sotterranee possono diventare una fonte di acqua ancora più importante.
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L’acqua di ricarica che proviene da bacini montani ha spesso alta qualità., Ma una fonte diversa, il deflusso delle acque piovane dai paesaggi urbani o gestiti, potrebbe rappresentare un problema: impedire ai contaminanti, compresi i fertilizzanti agricoli, di infiltrarsi nelle acque sotterranee. Fisher ha studiato modi per rimuovere alcuni contaminanti aggiungendo biomatter come pacciame di legno e gusci di mandorle al terreno nei siti di ricarica. Il suo team ha scoperto che i materiali possono promuovere la crescita di microbi che rimuovono il nitrato, un inquinante comune., “Se stiamo andando mettere centinaia di migliaia o milioni di piedi di acri di acqua nel terreno ogni anno, dovremmo cogliere ogni occasione per rendere quell’acqua più pulita sulla strada”, dice Fisher.
La ricarica non è l’intera soluzione. Nella valle di San Joaquin, gli scienziati stimano ricarica da solo in grado di eliminare, nella migliore delle ipotesi, solo il 25% del deficit delle acque sotterranee—in parte perché c’è così poca acqua di superficie per cominciare nella regione., Quindi, qualsiasi risparmio aggiuntivo dovrà probabilmente provenire da un pompaggio ridotto, con le sue sfide politiche, oltre a spostare l’acqua nelle terre coltivate più produttive lasciando gli altri incolti. Ciò richiederà nuovi canali e altre infrastrutture e un nuovo livello di coordinamento. In tutto lo stato, più enti governativi e privati dovranno lavorare insieme per gestire l’offerta e la domanda su scala di interi bacini, al fine di ridurre al minimo il costo economico dell’utilizzo di meno acqua., ” Ci deve essere innovazione politica o innovazione finanziaria per convincere le persone ad allontanarsi da questo mito che abbiamo ancora una fornitura illimitata di acque sotterranee e che non toccheremo mai il fondo”, afferma Famiglietti.
Bridget Scanlon, un idrologo presso l’Università del Texas, Austin, è ottimista che l’innovazione si verificherà. “La California ha opportunità di muoversi verso una gestione più sostenibile, e penso che lo siano”, dice. Anche Fogg è fiducioso, ma aggiunge una nota cauta. ” La civiltà non ha mai avuto molto successo nel controllare la domanda di acqua”, osserva.,
Fortunatamente, i recenti inverni della California hanno fornito precipitazioni sufficienti per consentire alle falde acquifere di recuperare un po’. Lo stato potrebbe non scoprire se ha imparato le lezioni dell’ultima siccità fino alla prossima.