Tørke utsatt California er tørst etter grunnvann. Nå, staten håp om å fylle sin vannførende lag

Californias Central Valley—en av de rikeste landbruket regionene i verden synker. Under en nylig intens tørke, fra 2012 til 2016, deler av dalen sank så mye som 60 centimeter per år. «Det er ikke som et jordskjelv; det skjer ikke, boom, sier Claudia Faunt, en hydrologist med US Geological Survey. Men det er bevis for en slow-motion katastrofe, resultatet av regionens umettelig tørst etter grunnvann.,

For flere tiår, bønder har vi pumpet grunnvann til å vanne sine avlinger, drenering tykk, vannførende leire lag dypt under jorden. Som leire komprimere, veier, broer, og vannkanalene har sprukket, forårsake omfattende og dyre skade. I 2014, når NASA-forskere fløy radar utstyr over California Akvedukten, er en avgjørende del av vann-infrastruktur, fant de at en del hadde dyppet 20 centimeter over 4 måneder., Slik slapp kan forlate kanalene bærer mindre vann—en «ultimate ironi,» sier Graham Fogg, en hydrogeologist ved University of California (UC), Davis, fordi de var bygget i en del å løsne etterspørselen etter grunnvann. Overdreven pumping også truer vann kvalitet, som miljøgifter akkumuleres i grunnvann og leire utgivelsen arsen. Verst av alt, den vedvarende pumping betyr at en dag, vannførende lag kan kjøre ut av brukbar vann. «Hvis du pumpe for hardt,» Fogg sier, «du leker med ilden.»

Nå, California har lansert et landemerke innsats for å redde sitt grunnvann., I 2014, dypt i tørke, staten vedtatt en lov for å beskytte sine vannførende lag; siden da, lokale vann ledere har utviklet bærekraft planer for de anses som den mest imperiled. Planene for noen særlig hardt rammet regioner, nettopp lansert for offentlig kommentar, samtale for å avslutte grunnvann underskudd i hovedsak ved at nedbør for å fylle vannførende lag, men også ved å begrense etterspørselen. Staten er finansiering forskere til å samle bedre data på krisen, forskere anslår at i Central Valley, halvparten av vannførende lag er farlig utladet, men de vet ikke omfanget av skaden., I mellomtiden, geologer arbeider med å identifisere de beste stedene å fylle vannførende lag av flom gården felt, inkludert noen med spesielt permeable geologi.

Grunnvann vitenskap er å ta på en ny aktualitet som California og andre regioner rundt om i verden står overfor økende trusler fra tørke—og er stadig å bore brønner for å gjøre opp for manglende regn og snø. Globalt, vannførende lag er «svært stresset» i 17 land som holder en fjerdedel av verdens befolkning, ifølge World Resources Institute. Vann og proviant til milliarder av mennesker er truet.,

California er en case-studie i de utfordringer for å beskytte disse ressursene. Gården interesser, som bruker mest grunnvann, ofte motstå å begrense uttak, mens miljøvernere krever mer vann føres tilbake til elver og Sacramento-San Joaquin delta; det første søksmålet utfordrende California bærekraft planer ble arkivert i forrige måned. Etterspørselen etter grunnvann vokser der gårdene har utvidet seg til områder med lite overflatevann. På tvers av staten, klimaendringene gjør nedbør mindre pålitelig., «Mange mennesker er ute til California for å se hvordan loven spiller ut, sier Ellen Hanak av Public Policy Institute of California (PPIC). De håper, legger hun til, er «det er bare så mye lokal innovasjon i California at det kan være en modell for folk andre steder.»

California gang fungert som en global modell for en annen type innovasjon: massiv vann-prosjekter. Los Angeles og andre byer clamored for mer vann enn de kan få lokalt., San Joaquin Valley i sør-Central Valley, statens største og mest lukrative landbruks-sone, hadde fruktbar jord og mye sol, men aldri nok vann. Bøndene hadde å gjøre med hva som tilbys og hva de kunne pumpe fra bakken.

I 1930-årene, den føderale regjeringen begynte å bygge opp et nettverk av dammer, rørgater, og kanaler som flyttet vann fra statens våtere nord til gårder i sin semiarid sør. Lokale prosjekter sendt vann til urbane sentre. Med kraner slått på, California gårder og byene blomstret.,

Men det importert vann ikke avlaste trykket på grunnvannet er for lang. Takk til distriktene elektrifisering, flere bønder kan pumpe så mye som de ønsket. Det var ingen regler, ingen grenser. Og pumper har blitt stadig mer kraftig, med det beste i stand til å guzzle opp til 5000 liter per minutt fra vannførende lag. Nå, i et vått år, om lag 40% av vannet som brukes i staten som kommer ut av bakken, og under en tørke, andelen svulmer til 60%. I noen oppdrett områder, avhengigheten er enda større i tørre år (se kart).,

Priser utvinning av grunnvann er uholdbar i mange deler av staten, sier Jay Famiglietti, en hydrologist ved University of Saskatchewan. I våte år, nok vann fra regn og fossende bekker synker ned i bakken for å delvis fylle vannførende lag, sier han, men nivåene kan falle enda lavere i løpet av de neste tørke. «Det er som en tennis ball hoppende ned trappen, det er bare å gå i en retning,» Famiglietti sier.,

trenden ble spesielt bekymringsfullt under 2012-16 tørke. I San Joaquin Valley, dyp vanning brønner senket grunnvann nivåer—som allerede er 250 meter under overflaten i steder—for å sette det ut av rekkevidde av grunnere brønner som er gitt tusenvis av mennesker med å drikke vann. Andre steder, miljømessige grupper fryktet at kilder, bekker og elver vil kjøre tørr som grunnvann nivåer falt.

svar, statlige lovgivere introdusert forslag om å regulere uttak av grunnvann. Regningene ble motarbeidet av gården grupper, som er bekymret for synkende land verdier., Men push fått fart fra new satellitt-radar bilder som dramatisk avbildet statens innsynkning problemer. «Bildene som virkelig trakk oppmerksomhet til et system som er ute av balanse, sier Rosemary Knight, en geofysiker ved Stanford University.

Lovgiverne ble også skremt av bilder av vanntap (over) fra NASA ‘ s Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), som undersøkelser overflate-og grunnvann ved å måle hvordan dens masse slepebåter på et par av satellitter., NÅDE målinger, kombinert med andre data, som er indikert som i 2010 Central Valley vannførende lag avholdt den 20 kubikk kilometer mindre vann enn de hadde i 2003.

Bærekraftig Grunnvann Management Act, som ble lov i September 2014, var «en utrolig trinn» for en stat som lenge hadde motstått grunnvann regulering, Famiglietti sier. Men det krever bare at California er noen 260 grunnvann bærekraft etater (nye organisasjoner satt opp under loven, ofte er laget av lokale vannområder) til å stabilisere seg, for ikke å øke, grunnvann nivåer., Og det gir økt pumping hvis nødvendig under tørke, så lenge ingen store problemer med resultatet. Likevel, loven har tvunget en statewide revurdere av grunnvann politikk. I januar, den nye byråer i 21 bassenger anses som kritisk overtrukket hadde til å sende inn planer for å oppnå grunnvann «bærekraftig utvikling» innen 20 år. (Andre etater må sende inn sine planer ved 2022.)

trykk for å utvikle planer har, i steder, avslørte en forbløffende mangel på data., Mange distrikter, for eksempel, er ikke sikker på hvor mye vann blir fjernet fra bakken fordi California krever ikke at alle pumper for å ha meter. (Lokale regler eller rettskjennelser krever måling i noen bassenger å bidra til å løse konflikter.) I fravær av harde data, forskere har i mange år estimerte kontantstrømmer med å undersøke elektrisitet records—grunnvann pumper energi svin—og ved å kartlegge omfanget og typer av vannet avlinger. Informasjon på innsynkning er også nyttig. «Det er ganske utrolig, sier hydrogeologist Andrew Fisher ved UC Santa Cruz., «Vi er i en posisjon nå av ikke å vite hva mange av de store grunnvannet strømmer er eller hvordan de varierer.»

å Redusere trykket på grunnvannet er ikke lett eller raskt. En åpenbar taktikk er å redusere etterspørselen. Noen deler av California har redusert sin avhengighet av grunnvann ved incentivizing effektivitet og imponerende krav som vannbesparende dusjhoder og toaletter. Planting vann-effektiv avlinger hjelper—druer og unge mandeltrær bruke mye mindre vann enn alfalfa, for eksempel. Slik gjør du forlater felt brakk en strategi bønder har brukt for å takle fortiden tørke.,

Men for noen deler av California, slike tiltak ikke er praktisk, delvis på grunn av en massiv utbygging av lønnsomme vingårder og frukthager—treet mutter areal alene økt 85% mellom 2008 og 2018. Astarte-og vingårder kan ikke være helt brakklagt som andre felt, selv om de kan overleve med mindre vann enn normalt. Og bøndene er villige til å rive dem ut, fordi de er dyre å plante, det kan ta flere år å modne, og har relativt lang levetid spenn.,

Likevel, sier forskerne virkelig å beskytte grunnvann i California vil kreve nedskjæringer i jordbruket, som i gjennomsnitt utgjør ca 80% av kommersielle og bolig forbruk., For å stabilisere grunnvann i San Joaquin Valley, bønder vil sannsynligvis ha for å redusere vannes cropland av mer enn 200 000 hektar, eller 10%, i henhold til en 2019 rapport fra PPIC. Ikke overraskende, er slike prospekter bekymre deg bønder over staten, sier Chris Scheuring, vann advokat med California Farm Bureau Føderasjonen. «Vi er absolutt håp om å få dempet utfall som få oss til bærekraftig forvaltning uten å forårsake for mye smerte.»

for Å redusere frekvensen av klimagasser med mindre smerte, noen distrikter er teller på utprøvde metoder for lading av vannførende lag., For flere tiår, noen vannområder har fylt dedikert dammer i våte år, slik at vannet percolates i bakken. Andre flommen gården felt når vannet er rikelig. Vingårder kan tolerere våren flom, og noen avlinger, som alfalfa, gjør godt med flom vanning. Bygningen culverts og berms til å bevege og holde vannet kan være kostbart, men. I urbane områder, hvor land er knappe eller de øvre lag av sedimenter eller rock ikke er svært gjennomtrengelig, tjenestemenn pumpe vann ned i bakken i stedet for å fjerne det.,

for Å utvide en slik praksis, forskere har vært på leting etter områder moden for å lade batteriet, basert på faktorer som jordtype, arealbruk, og akvifer geologi. En UC Davis team identifisert 1,5 millioner lovende hektar ved en gjennomgang av eksisterende data, de som er rapportert i California Landbruk i 2015. Noen av de beste stedene daler, nå begravd, som en gang eksisterte i Central Valley og ble fylt med grove sedimenter under siste istid. Disse søte spots, kan være i stand til å drenere 60 ganger så mye vann som gjennomsnittlig nettsteder, Fogg sier., Forskere har oppdaget at bare tre av disse gravlagt daler, men Fogg sier mange andre må finnes gitt regionens geologiske historie.

Knight er ved hjelp av geofysiske teknikker for å finne slike lovende lade områder. Et helikopter montert på apparatet sender elektromagnetiske signaler i bakken, som måler den elektriske egenskaper av gravlagt sediment for å lage 3D-kart av geologiske formasjoner som er så mye som 300 meters dyp. Etter at mindre enheter kan slepes gjennom felt eller frukthager for høyere oppløsning., Kartene kan hjelpe ledere å identifisere områder hvor vannet vil raskt å suge i—unngå ponding som kan føre til beskjære sykdommer eller undergrave trær.

kartene viser også hvor vannet er mest sannsynlig til å komme dypt lag der pumping forårsaker innsynkning. «Nivået av kompleksitet som vi tar er fantastisk,» Knight sier. California ‘ s water resources agency nylig begått $12 millioner kroner på å bruke helikopter-montert system i grunnvannet bassenger i hele staten.

Gjenoppretting av grunnvann kan bli enda mer viktig på grunn av klimaendringer., Staten har lenge lettelse opp på rikelig fjellet snø for å gi en pålitelig, året rundt kilden av overflatevann. Mange reservoarer var utformet for å fylles med snøsmelting av juli, og slipp deretter vann for å tilfredsstille topp etterspørsel i løpet av den varme sommeren. Men på grunn av a warming trend, den årlige snowpack er allerede blitt tynnere og smelte raskere. Klimaforskerne spår mer og mer nedbør i California vil falle som regn, snarere enn som snø i fjellet., Alt som betyr reservoarer vil fylles raskere og vann er nødt til å bli utgitt tidligere på våren, før det er nødvendig. I sommer, bønder ville trolig ha til å stole enda mer tungt på grunnvann.

for Å tilpasse seg den fremtiden, tjenestemenn er grunnet på en ny ordning der dam operatører ville slippe vann i forkant av rainstorms. Det ville gi rom for overvann, og utslipp ville tillate nedstrøms nettsteder å legge mer i bakken. Ideen høres enkelt ut, men innebærer vesentlige endringer i forskrifter, drift, og i noen tilfeller infrastruktur, Fogg sier., Likevel, flere pilotprosjekter er igangsatt. I American River vannskille, en flood control agency ønsker å ettermontere noen store reservoarer. Hvis strategien er implementert det, og i et tilstøtende Sierra Nevada river basin, Fogg og kolleger anslå om lag en tredjedel av en kubikk kilometer av vann kan være lagret i undergrunnen hvert år. Det er 10% til 25% av den årlige statewide underskudd, Fogg sier.,

Lad opp vann som kommer fra fjellet reservoarer ofte har høy kvalitet., Men en annen kilde, overvann avrenning fra urbane eller klart landskap, kan utgjøre et problem: å hindre forurensning—inkludert gården gjødsel—fra siver inn i grunnvannet. Fisher har vært å studere måter å fjerne enkelte forurensninger ved å legge til biomatter for eksempel tre mulch og mandel skjell til jord på lade nettsteder. Hans team har funnet at materialer kan fremme veksten av mikrober som fjerner nitrat, en felles forurensningskilde., «Hvis vi kommer til å være å sette hundrevis av tusenvis eller millioner av hektar stor fot vann i bakken hvert år, bør vi være å ta enhver mulighet til å gjøre det renere vann på veien,» sier Fisher.

Lade er ikke hele løsningen. I San Joaquin Valley, forskere anslår lade alene kan eliminere, i beste fall, bare 25% av grunnvann underskudd—delvis fordi det er så lite overflatevann til å begynne med i regionen., Så, noen ytterligere innsparinger vil sannsynligvis nødt til å komme fra redusert pumping, med sin politiske utfordringer, så vel som skiftende vann til de mest produktive croplands mens man lar andre utmark. Som vil kreve nye kanaler og annen infrastruktur, og et nytt nivå av koordinering. På tvers av staten, flere offentlige og private aktører må jobbe sammen på daglig tilbud og etterspørsel på skalaen av hele bassenger, for å minimere de økonomiske kostnader ved å bruke mindre vann., «Det må være policy for innovasjon eller finansiell innovasjon for å få folk til å bevege seg bort fra denne myten om at vi fortsatt har et ubegrenset tilførsel av grunnvann, og at vi bare aldri kommer til å treffe bunnen,» Famiglietti sier.

Bridget Scanlon, en hydrologist ved University of Texas, Austin, er optimistiske med tanke på at innovasjon vil oppstå. «California har muligheter til å bevege seg i retning av en mer bærekraftig forvaltning, og jeg tror de er,» sier hun. Fogg er håpefull, også, men legger til en forsiktig merk. «Sivilisasjon har aldri vært svært vellykket på å styre etterspørselen etter vann,» bemerker han.,

Heldigvis, California ‘ s siste vintrene har gitt nok nedbør til å tillate vannførende lag å gjenopprette en bit. Staten kan ikke finne ut om det lærte erfaringene fra de siste tørke til den neste.