susze narażone na kalifornijskie pragnienie wód gruntowych. Obecnie stan ma nadzieję uzupełnić swoje warstwy wodonośne

Central Valley w Kalifornii—jeden z najbogatszych regionów rolniczych na świecie—tonie. Podczas ostatniej intensywnej suszy, w latach 2012-2016, część doliny tonęła aż 60 centymetrów rocznie. „To nie jest jak trzęsienie ziemi; to się nie dzieje, boom” mówi Claudia Faunt, hydrolog z U. S. Geological Survey. Ale to dowód na powolną katastrofę, wynik nienasyconego pragnienia wód gruntowych w regionie.,

od dziesięcioleci rolnicy nieustannie pompują wody gruntowe, aby nawadniać swoje uprawy, odprowadzając grube, wodoodporne warstwy gliny głęboko pod ziemią. W miarę kompresji gliny, drogi, mosty i kanały nawadniające pękły, powodując rozległe i kosztowne szkody. W 2014 roku, kiedy naukowcy NASA przeleciali sprzęt radarowy nad Kalifornijskim akweduktem, krytycznym fragmentem infrastruktury wodnej, odkryli, że jeden odcinek zanurzył się o 20 centymetrów w ciągu 4 miesięcy., Takie zwiotczenie może pozostawić kanały niosące mniej wody-co jest” ostateczną ironią”, mówi Graham Fogg, hydrogeolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego (UC) w Davis, ponieważ zostały one zbudowane częściowo po to, aby zmniejszyć zapotrzebowanie na wody gruntowe. Nadmierne pompowanie zagraża również jakości wody, ponieważ zanieczyszczenia gromadzą się w wodach gruntowych, a glinki uwalniają arsen. Co najgorsze, trwałe pompowanie oznacza, że pewnego dnia w warstwach wodonośnych może zabraknąć wody użytkowej. – Jeśli za mocno pompujesz-mówi Fogg-igrasz z ogniem.”

, W 2014 roku, w głębokiej suszy, Państwo uchwaliło ustawę, aby chronić swoje warstwy wodonośne; od tego czasu miejscowi zarządcy wody opracowali plany zrównoważonego rozwoju dla tych, którzy uważają się za najbardziej narażonych. Plany dotyczące niektórych regionów szczególnie dotkniętych klęską żywiołową, opublikowane właśnie do publicznej wiadomości, wzywają do zakończenia Deficytu wód gruntowych głównie poprzez umożliwienie opadom uzupełniania warstw wodonośnych, ale także poprzez ograniczenie popytu. Państwo finansuje naukowców, aby zebrali lepsze dane na temat kryzysu. naukowcy szacują, że w Dolinie Środkowej połowa warstw wodonośnych jest niebezpiecznie wyczerpana, ale nie znają rozmiarów szkód., Tymczasem geolodzy pracują nad zidentyfikowaniem najlepszych miejsc do uzupełniania warstw wodonośnych przez zalewanie pól uprawnych, w tym niektórych o szczególnie przepuszczalnej geologii.

Nauka o wodach podziemnych nabiera nowej pilności, ponieważ Kalifornia i inne regiony na całym świecie stają w obliczu rosnącego zagrożenia suszą.coraz częściej wiercą studnie, aby nadrobić brakujące opady deszczu i śniegu. Globalnie, warstwy wodonośne są „mocno zestresowane” w 17 krajach, które posiadają jedną czwartą światowej populacji, według World Resources Institute. Woda i żywność dla miliardów ludzi są zagrożone.,

California jest studium przypadku w wyzwaniach związanych z ochroną tych zasobów. Interesy gospodarstw rolnych, które wykorzystują najwięcej wód gruntowych, często sprzeciwiają się ograniczeniu wycofywania, podczas gdy ekolodzy domagają się zwrotu większej ilości wody do rzek i delty Sacramento-San Joaquin; pierwszy pozew kwestionujący kalifornijskie plany zrównoważonego rozwoju został złożony w zeszłym miesiącu. Zapotrzebowanie na wody gruntowe rośnie, gdy gospodarstwa rolne rozszerzyły się na obszary o niewielkiej powierzchni wody. W całym stanie zmiany klimatu sprawiają, że opady są mniej wiarygodne., „Wiele osób szuka Kalifornii, aby zobaczyć, jak działa prawo”, mówi Ellen Hanak z Public Policy Institute of California (PPIC). Nadzieja, dodaje, jest taka ,”jest tak wiele lokalnych innowacji w Kalifornii, że może być wzorem dla ludzi gdzie indziej.”

Kalifornia kiedyś służyła jako globalny model dla innego rodzaju innowacji: ogromnych projektów wodnych. Los Angeles i inne miasta domagały się więcej wody, niż mogli uzyskać lokalnie., Dolina San Joaquin w Południowej Środkowej Dolinie, największa i najbardziej dochodowa Strefa rolnicza stanu, miała żyzne gleby i dużo słońca, ale nigdy nie miała wystarczającej ilości wody. Rolnicy musieli zadowolić się tym, co zapewniła im Natura i co mogli pompować z ziemi.

w latach trzydziestych XX wieku rząd federalny zaczął budować sieć zapór, rurociągów i kanałów, które przenosiły wodę z mokrej północy stanu do gospodarstw rolnych na półpustynnym południu. Lokalne projekty wysyłały wodę do ośrodków miejskich. Z włączonymi kranami, kalifornijskie farmy i miasta rozkwitły.,

ale importowana woda długo nie zmniejszała ciśnienia na wody gruntowe. Dzięki elektryfikacji obszarów wiejskich więcej rolników mogło pompować tyle, ile chcieli. Nie było żadnych przepisów, żadnych ograniczeń. A pompy stały się coraz bardziej wydajne, z najlepszymi w stanie chlać do 5000 litrów na minutę z warstw wodonośnych. Obecnie, w roku wilgotnym, około 40% wody zużywanej w stanie wychodzi z ziemi; podczas suszy proporcja ta wzrasta do 60%. W niektórych obszarach rolniczych zależność jest jeszcze większa w okresie suchym (patrz mapa).,

wskaźniki wydobycia wód podziemnych są niezrównoważone w wielu częściach stanu, mówi Jay Famiglietti, hydrolog na Uniwersytecie Saskatchewan. Podczas mokrych lat, wystarczająco dużo wody z deszczu i tryskających strumieni tonie w ziemi, aby częściowo uzupełnić warstwy wodonośne, mówi, ale poziomy mogą spaść jeszcze niżej podczas następnej suszy. „To jest jak piłka tenisowa odbijająca się po schodach, po prostu idzie w jednym kierunku” – mówi Famiglietti.,

W Dolinie San Joaquin Głębokie studnie nawadniające obniżyły poziom wód gruntowych-już 250 metrów pod powierzchnią miejscami-pozostawiając je poza zasięgiem płytszych studni, które zaopatrywały tysiące ludzi w wodę pitną. W innych miejscach środowiska obawiały się, że źródła, strumienie i rzeki będą suche, gdy poziom wód gruntowych spadnie.

w odpowiedzi ustawodawcy państwowi przedstawili propozycje uregulowania poboru wód gruntowych. Ustawy były zaciekle przeciwstawiane przez grupy rolnicze, które obawiały się spadku wartości gruntów., Ale nacisk nabrał tempa dzięki nowym obrazom radarowym, które dramatycznie przedstawiały problemy z osiadaniem Państwa. „Obrazy naprawdę zwróciły uwagę na system, który nie ma równowagi”, mówi Rosemary Knight, geofizyk z Uniwersytetu Stanforda.

prawodawcy byli również zaniepokojeni obrazami utraty wody (powyżej) z NASA Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), który bada powierzchnię i wody gruntowe, mierząc, jak jej masa wywiera się na parze satelitów., Pomiary GRACE, w połączeniu z innymi danymi, wykazały, że w 2010 roku warstwy wodonośne Central Valley posiadały o 20 kilometrów sześciennych mniej wody niż w 2003 roku.

Ustawa o zrównoważonym gospodarowaniu wodami podziemnymi, która stała się prawem we wrześniu 2014 r., była „niesamowitym krokiem” dla państwa, które od dawna opierało się regulacji wód podziemnych, mówi Famiglietti. Ale wymaga tylko około 260 kalifornijskich Agencji ds. zrównoważonego rozwoju wód podziemnych (nowych organizacji utworzonych zgodnie z prawem, często składających się z lokalnych okręgów wodnych), aby ustabilizować, a nie zwiększyć poziom wód podziemnych., I umożliwia zwiększone pompowanie w razie potrzeby podczas suszy, o ile nie wystąpią żadne poważne problemy. Mimo to prawo wymusiło na całym stanie ponowne przemyślenie polityki dotyczącej wód gruntowych. W styczniu nowe agencje w 21 dorzeczach uznanych za krytycznie przekroczone musiały przedstawić plany osiągnięcia „zrównoważonego rozwoju” wód podziemnych w ciągu 20 lat. (Inne agencje muszą przedstawić swoje plany do 2022 r.)

dążenie do opracowania planów ujawniło miejscami zdumiewający brak danych., Na przykład wiele dzielnic nie ma pewności, ile wody jest usuwane z ziemi, ponieważ Kalifornia nie wymaga, aby wszystkie pompy miały liczniki. (Lokalne przepisy lub nakazy sądowe wymagają pomiaru w niektórych basenach, aby pomóc w rozstrzyganiu sporów.) W przypadku braku twardych danych naukowcy od lat szacują przepływy, badając zapisy energii elektrycznej-pompy gruntowe to wieprze energetyczne—oraz mapując zasięg i rodzaje nawadnianych upraw. Pomocne są również informacje na temat osiadania. „To całkiem niesamowite”, mówi hydrogeolog Andrew Fisher z UC Santa Cruz., „Jesteśmy teraz w sytuacji, w której nie wiemy, czym są duże przepływy wód gruntowych i jak się różnią.”

zmniejszenie ciśnienia na wody gruntowe nie jest łatwe ani szybkie. Jedną z oczywistych taktyk jest zmniejszenie popytu. Niektóre części Kalifornii zmniejszyły swoją zależność od wód gruntowych, zachęcając do wydajności i nakładając wymagania, takie jak oszczędzające wodę głowice prysznicowe i toalety. Pomaga sadzenie roślin wydajnych w wodzie-winogrona i młode drzewa migdałowe zużywają znacznie mniej wody niż na przykład Lucerna. Tak samo jak opuszczanie pól ugorowanych, strategia stosowana przez rolników do radzenia sobie z przeszłymi suszami.,

ale w niektórych częściach Kalifornii takie środki nie są praktyczne, po części z powodu ogromnej ekspansji dochodowych winnic i sadów—sama powierzchnia orzechów drzew wzrosła o 85% w latach 2008-2018. Gaje i winnice nie mogą być odłogowane jak inne pola, chociaż mogą przetrwać z mniejszą ilością wody niż normalnie. A rolnicy niechętnie je wyrywają, ponieważ są drogie w sadzeniu, dojrzewanie może trwać latami i mają stosunkowo długą żywotność.,

mimo to naukowcy twierdzą, że prawdziwa ochrona wód gruntowych w Kalifornii będzie wymagać cięć w rolnictwie, które średnio stanowi około 80% konsumpcji komercyjnej i Mieszkaniowej., Aby ustabilizować wody gruntowe w Dolinie San Joaquin, rolnicy będą prawdopodobnie musieli zmniejszyć nawadniane pola uprawne o ponad 200 000 hektarów lub 10%, zgodnie z raportem PPIC z 2019 roku. Nic dziwnego, że takie perspektywy martwią rolników w całym stanie, mówi Chris Scheuring, prawnik od wody z California Farm Bureau Federation. „Mamy absolutną nadzieję na złagodzone wyniki, które doprowadzą nas do zrównoważonego zarządzania bez powodowania wiele bólu.”

aby spowolnić tempo wyczerpania przy mniejszym bólu, kilka dzielnic liczy na sprawdzone metody ładowania warstw wodonośnych., Przez dziesięciolecia niektóre dzielnice wodne wypełniały w wilgotnych latach specjalne stawy, dzięki czemu woda przedostaje się do ziemi. Inne zalewają pola uprawne, gdy woda jest obfita. Winnice mogą tolerować wiosenne powodzie, a niektóre uprawy, takie jak Lucerna, dobrze radzą sobie z nawadnianiem powodziowym. Budowa przepustów i przegród do przenoszenia i utrzymywania wody może być jednak kosztowna. W obszarach miejskich, gdzie ląd jest rzadki lub górne warstwy osadów lub skał nie są zbyt przepuszczalne, urzędnicy pompują wodę do ziemi zamiast ją usuwać.,

aby rozszerzyć takie praktyki, naukowcy poszukiwali obszarów dojrzałych do ponownego naładowania, na podstawie takich czynników, jak typ gleby, użytkowanie gruntów i Geologia wodonośna. Zespół UC Davis zidentyfikował 1,5 miliona obiecujących hektarów, przeglądając istniejące dane, które podały w kalifornijskim rolnictwie w 2015 roku. Jedne z najlepszych miejsc są doliny, obecnie Zakopane, które kiedyś istniały w centralnej dolinie i zostały wypełnione grubymi osadami podczas ostatniej epoki lodowcowej. Te słodkie miejsca mogą być w stanie spuścić 60 razy więcej wody niż przeciętne miejsca, mówi Fogg., Naukowcy odkryli tylko trzy z tych zakopanych dolin, ale Fogg twierdzi, że wiele innych musi istnieć, biorąc pod uwagę geologiczną historię regionu.

Knight wykorzystuje techniki geofizyczne, aby znaleźć tak obiecujące obszary ładowania. Zamontowany na śmigłowcu instrument wysyła sygnały elektromagnetyczne w ziemię, mierząc właściwości elektryczne Zakopanego osadu, aby stworzyć mapy 3D formacji geologicznych, które mają aż 300 metrów głębokości. Następnie mniejsze urządzenia mogą być holowane przez pola lub sady w celu uzyskania obrazów o wyższej rozdzielczości., Mapy mogą pomóc menedżerom zidentyfikować obszary, w których woda szybko się wchłonie—unikając rozważań, które mogą prowadzić do chorób upraw lub osłabienia drzew.

mapy pokazują również, gdzie woda najczęściej dociera do głębokich warstw, gdzie pompowanie powoduje osiadanie. „Poziom złożoności, który rejestrujemy, jest niesamowity” – mówi Knight. Kalifornijska Agencja zasobów wodnych przeznaczyła ostatnio 12 milionów dolarów na wykorzystanie systemu montowanego na śmigłowcach w zbiornikach wód podziemnych w całym stanie.

Przywracanie wód gruntowych może stać się jeszcze ważniejsze ze względu na zmiany klimatyczne., Państwo od dawna polegało na obfitym śniegu górskim, aby zapewnić niezawodne, całoroczne źródło wód powierzchniowych. Jego liczne zbiorniki zostały zaprojektowane tak, aby do lipca wypełniać się roztopami śniegu, a następnie uwalniać wodę, aby zaspokoić szczytowe zapotrzebowanie podczas gorącego lata. Ale ze względu na trend ocieplenia, roczne opady śniegu stają się już cieńsze i topnieją szybciej. A klimatolodzy przewidują, że coraz więcej opadów w Kalifornii spadnie jako deszcz, a nie jako śnieg w górach., Wszystko to oznacza, że zbiorniki zapełnią się wcześniej, a woda będzie musiała zostać uwolniona wcześniej wiosną, zanim będzie potrzebna. Latem rolnicy będą prawdopodobnie musieli jeszcze bardziej polegać na wodach gruntowych.

aby dostosować się do tej przyszłości, urzędnicy zastanawiają się nad nowym rozwiązaniem, w którym operatorzy zapór uwolnią wodę przed burzami. Zrobiłoby to miejsce dla wody deszczowej, a zrzut pozwoliłby na umieszczenie dalszych miejsc w ziemi. Pomysł brzmi prosto, ale wiąże się ze znacznymi zmianami w przepisach, operacjach, a w niektórych przypadkach w infrastrukturze-mówi Fogg., Nadal trwa kilka projektów pilotażowych. W amerykańskim dziale wodnym, Agencja przeciwpowodziowa chce zmodernizować niektóre górne zbiorniki wodne. Jeśli strategia zostanie wdrożona tam iw sąsiednim dorzeczu Sierra Nevada, Fogg i współpracownicy szacują, że około jednej trzeciej kilometra sześciennego wody może być przechowywane pod ziemią każdego roku. To 10-25% rocznego deficytu w całym stanie, mówi Fogg.,

Ładowanie wody, która pochodzi z górskich zbiorników często ma wysoką jakość., Ale inne źródło, spływ wód opadowych z miejskich lub zarządzanych krajobrazów, może stanowić problem: zapobieganie przedostawaniu się zanieczyszczeń—w tym nawozów rolnych—do wód gruntowych. Fisher badał sposoby usuwania pewnych zanieczyszczeń poprzez dodawanie biomaterii, takiej jak ściółka drzewna i skorupy migdałów do gleby w miejscach ładowania. Jego zespół odkrył, że materiały mogą promować wzrost drobnoustrojów, które usuwają azotany, wspólny zanieczyszczenia., „Jeśli mamy zamiar umieścić setki tysięcy lub miliony akrów stóp wody w ziemi każdego roku, powinniśmy korzystać z każdej okazji, aby uczynić tę wodę czystszą po drodze”, mówi Fisher.

doładowanie to nie całe rozwiązanie. W Dolinie San Joaquin naukowcy szacują, że samo naładowanie może wyeliminować, w najlepszym razie, tylko 25% Deficytu wód gruntowych—po części dlatego, że w regionie jest tak mało wód powierzchniowych., Wszelkie dodatkowe oszczędności prawdopodobnie będą musiały wynikać ze zmniejszenia pompowania, co wiąże się z wyzwaniami politycznymi, a także z przesunięcia wody na najbardziej produktywne pola uprawne, pozostawiając inne nieużytki. Będzie to wymagało nowych kanałów i innej infrastruktury oraz nowego poziomu koordynacji. W całym państwie wiele podmiotów rządowych i prywatnych będzie musiało współpracować nad zarządzaniem podażą i popytem w skali całych basenów, aby zminimalizować ekonomiczne koszty zużywania mniejszej ilości wody., „Muszą istnieć Innowacje polityczne lub innowacje finansowe, aby skłonić ludzi do odejścia od tego mitu, że nadal mamy nieograniczone zasoby wód gruntowych i że po prostu nigdy nie trafimy na dno” – mówi Famiglietti.

„Kalifornia ma możliwości przejścia w kierunku bardziej zrównoważonego zarządzania i myślę, że tak jest”, mówi. Fogg też ma nadzieję, ale dodaje ostrożną nutę. „Cywilizacja nigdy nie była bardzo skuteczna w kontrolowaniu zapotrzebowania na wodę”, zauważa.,

na szczęście ostatnie zimy w Kalifornii dostarczyły wystarczającej ilości opadów, aby pozwolić wodonośnym trochę odzyskać. Państwo może nie dowiedzieć się, czy wyciągnęło wnioski z ostatniej suszy, aż do następnej.