Decennia van overpompend grondwater hebben de kleilagen onomkeerbaar veranderd in delen van Central Valley in Californië, waardoor de grond wegzakt en het vermogen om water op te slaan permanent wordt verminderd, blijkt uit een nieuwe satelliet remote sensing studie.

Het onderzoek, gepubliceerd door Stanford-wetenschappers online in het tijdschrift Onderzoek naar waterbronnen , onthult dat land in de San Joaquin Valley van de staat (ongeveer de zuidelijke helft van de Central Valley) bijna 85 cm is gezonken tijdens een recente droogte als gevolg van overpompen. Dit vertaalt zich in een permanent verlies aan natuurlijke waterbergingscapaciteit van 336, 000 en 606, 000 acre voet; een acre-voet is gelijk aan 326, 000 liter. Ter vergelijking, het Hetch Hetchy Reservoir dat water levert aan San Francisco (en Stanford) heeft een capaciteit van ongeveer 360, 000 acre-voet.

De San Joaquin Valley is een van de grootste landbouwknooppunten van de Verenigde Staten, het verbouwen van naar schatting $ 17 miljard aan gewassen per jaar. De nieuwe bevindingen komen net op het moment dat de staat het natste seizoen in jaren beleeft na een langdurig, recordbrekende droogte. "Californië krijgt al deze regen, maar in de Centrale Vallei, er is ruimte verloren gegaan om het op te slaan, " zei co-auteur Rosemary Knight, wie is de George L. Harrington Professor aan Stanford's School of Earth, Energie &Milieuwetenschappen.

Verminderde opslag

Knight en haar collega's gebruikten gegevens die zijn verkregen met een satelliettechnologie genaamd Interferometric Synthetic Aperture Radar, of InSAR, om hoogteverschillen op centimeters in de San Joaquin-vallei tussen 2007 en 2010 te meten. "Ons werk is een goed voorbeeld van het gebruik van aardobservatiesatellieten om nuchtere vragen over de duurzaamheid van watervoorraden te beantwoorden, " zei co-auteur Thomas Farr, een onderzoekswetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië.

Met de InSAR-gegevens, het team was in staat om de hoeveelheid bodemdaling - of zinken - te berekenen die het land ondervond. Bodemdaling vindt plaats wanneer de waterdruk in de ondergrond door te veel grondwateronttrekking onder een kritisch niveau zakt, leidt tot sedimentverdichting. "Als je grondwater uit een watervoerende laag pompt, de waterdruk in de kleine poriën van het sediment daalt, " zei studie eerste auteur Ryan Smith, een promovendus in Knight's lab. "Dat vermindert het vermogen van de watervoerende laag om de grond erboven op te houden en zorgt ervoor dat het instort. Die ineenstorting manifesteert zich aan de oppervlakte als verzakking."

Als er te veel water wordt onttrokken, vooral uit kleilagen, de verdichting wordt onomkeerbaar en het vermogen van de bodem om water vast te houden wordt permanent verminderd. "Als er te veel water uit klei wordt gehaald, de structuur is herschikt op microscopisch niveau en het vestigt zich in een nieuwe configuratie die minder opslagruimte heeft, " zei Ridder, die ook is aangesloten bij het Stanford Woods Institute for the Environment.

Dit maakt het niet alleen moeilijker om in de toekomst water op te slaan, het maakt het ook moeilijker om bestaand water uit het heden te halen. "Het is alsof je water probeert te zuigen uit een heel dun rietje, " zei Knight. "De druk die moet worden uitgeoefend om het water eruit te trekken wordt groter en groter naarmate de kleistructuur instort."

De wetenschappers onderzochten alleen InSAR-gegevens die tijdens de droogteperiode tussen 2007 en 2010 waren verzameld. Californië heeft te maken gehad met een meer ernstige droogte, van 2012 tot 2016.

"Ik denk dat het veilig is om te zeggen dat de laatste droogte misschien minstens evenveel heeft veroorzaakt, of zelfs meer, bodemdaling en blijvende verdichting in de regio dan de vorige, " Smith zei. Hij wees op recente InSAR-gegevens die niet in deze studie zijn opgenomen en die extra bodemdaling door de recente droogte laten zien.

Opladen verbeteren

Een manier waarop boeren in de regio het probleem kunnen verlichten, Ridder zei, is om geen water uit kleilagen te halen en in plaats daarvan te pompen uit zand- en grindlagen, die gemakkelijker kunnen worden opgeladen en minder vatbaar zijn voor permanente verdichting.

Tot voor kort, echter, het onderscheiden van kleilagen van zand en grind van het oppervlak vereiste het boren van dure putten. Maar de groep van Knight test een nieuwe geofysische elektromagnetische methode waarbij een helikopter wordt bestuurd die is uitgerust met instrumenten die de ondergrond vanuit de lucht in beeld kunnen brengen om een ​​driedimensionale kaart van klei te maken, zand- en grindafzettingen.

"Met de juiste geofysische tool, " Ridder zei, "we kunnen niet alleen de samenstelling van de ondergrond beter begrijpen, maar ook helpen bij het begeleiden van pomp- en grondwateraanvullingsinspanningen."