Een nieuwe wereldwijde, op satellieten gebaseerde studie van de zoetwaterverdeling van de aarde heeft uitgewezen dat de natte gebieden van de aarde natter worden, terwijl droge gebieden droger worden. De gegevens suggereren dat dit patroon te wijten is aan verschillende factoren, met inbegrip van menselijke waterbeheerpraktijken, door de mens veroorzaakte klimaatverandering en natuurlijke klimaatcycli.

Het door NASA geleide onderzoeksteam, waaronder Hiroko Beaudoing, een faculteitsspecialist aan het Earth System Science Interdisciplinair Centrum (ESSIC) van de Universiteit van Maryland, gebruikte 14 jaar observaties van de missie Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) om wereldwijde trends in zoetwater in 34 regio's over de hele wereld te volgen.

De studie, gepubliceerd op 17 mei 2018 nummer van het tijdschrift Natuur , nam ook satellietneerslaggegevens op van het door ESSIC geleide Global Precipitation Climatology Project; Landsat-beelden van NASA en de U.S. Geological Survey; irrigatiekaarten; en gepubliceerde rapporten over menselijke activiteiten in de landbouw, mijnbouw en reservoiractiviteiten. De studieperiode loopt van 2002 tot 2016.

"Dit is de eerste keer dat we hebben beoordeeld hoe de beschikbaarheid van zoet water verandert, overal op aarde, met behulp van satellietwaarnemingen, " zei Matt Rodell, hoofdauteur van het artikel en hoofd van het Hydrological Sciences Laboratory in het Goddard Space Flight Center van NASA. "Een belangrijk doel was om verschuivingen in de opslag van water op het land te onderscheiden die worden veroorzaakt door natuurlijke variabiliteit - natte perioden en droge perioden geassocieerd met El Niño en La Niña, bijvoorbeeld - van trends in verband met klimaatverandering of menselijke effecten, zoals grondwater sneller uit een aquifer pompen dan het wordt aangevuld."

Zoet water is aanwezig in meren, rivieren, bodem, sneeuw, grondwater en ijs. Het verlies in de ijskappen aan de polen - toegeschreven aan klimaatverandering - heeft gevolgen voor de zeespiegelstijging. Op het land, het is een van de meest essentiële hulpbronnen van de aarde voor drinkwater en irrigatie. Hoewel de watervoorziening in sommige regio's relatief stabiel is, anderen ervaren normaal gesproken stijgingen of dalingen. Maar de huidige studie onthulde een nieuw en verontrustend patroon.

"Wat we zien is een grote hydrologische verandering, " zei co-auteur James Famiglietti van NASA's Jet Propulsion Laboratory. "We zien, Voor de eerste keer, een zeer kenmerkend patroon van de natte landgebieden van de wereld die natter worden - dat zijn de hoge breedtegraden en de tropen - en de droge gebieden daartussen die droger worden. Ingebed in de droge gebieden zien we meerdere hotspots als gevolg van uitputting van het grondwater."

Famiglietti merkte op dat, hoewel het waterverlies in sommige regio's duidelijk wordt veroorzaakt door het opwarmende klimaat, zoals de smeltende ijskappen en alpengletsjers, het zal meer tijd kosten voordat andere patronen ondubbelzinnig aan klimaatverandering kunnen worden toegeschreven.

"Het patroon van nat-wordt-natter, droog worden-droger wordt voorspeld door de modellen van het Intergouvernementeel Panel over klimaatverandering voor het einde van de 21e eeuw, maar we hebben een veel langere dataset nodig om definitief te kunnen zeggen dat klimaatverandering verantwoordelijk is voor het ontstaan ​​van een soortgelijk patroon in de GRACE-gegevens, " zei Famiglietti. "Echter, het huidige traject is zeker reden tot zorg."

De dubbele GRACE-satellieten, gelanceerd in 2002 als een gezamenlijke missie met het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (DLR), heeft nauwkeurig de afstand tussen de twee satellieten gemeten om veranderingen in het zwaartekrachtveld van de aarde te detecteren die worden veroorzaakt door bewegingen van massa op de onderstaande planeet. Met behulp van deze methode, GRACE volgde variaties in terrestrische wateropslag op maandelijkse tot jaarlijkse tijdschalen tot haar wetenschappelijke missie eindigde in oktober 2017.

Echter, de GRACE-satellietwaarnemingen alleen konden Beaudoing niet vertellen, Rodel, Famiglietti and their colleagues what was causing an apparent trend.

"We examined information on precipitation, agriculture and groundwater pumping to find a possible explanation for the trends estimated from GRACE, " said Beaudoing, who also has a joint appointment at NASA Goddard.

One of the big causes of groundwater depletion across the board was agriculture, which can be complicated by natural cycles as seen in California, Famiglietti said. Decreases in freshwater caused by the severe drought from 2007 to 2015 were compounded by groundwater withdrawals to support the farms in the state's Central Valley.

Southwestern California lost 4 gigatons of freshwater per year during the same period. A gigaton of water is the equivalent of the mass of water in 400, 000 Olympic swimming pools. A majority of California's freshwater comes in the form of rainfall and snow that collects in the Sierra Nevada as snowpack and then is managed through a series of reservoirs as it melts. When natural cycles led to dry years, causing diminished snowpack and surface waters, people relied on groundwater more heavily.

Downward trends in freshwater seen in Saudi Arabia also reflect agricultural pressures. From 2002 to 2016, the region lost 6.1 gigatons per year of stored groundwater. Imagery from the Landsat series of satellites shows the growth of irrigated farmland in the arid landscape from 1987 to the present, which explains the increased drawdown.

Natural cycles of rainy and dry years can also cause a trend in the 14-year data record that is unlikely to persist, Rodell said. An example is the western Zambezi basin and Okavango Delta, a vital watering hole for wildlife in northern Botswana. In deze regio, terrestrial water storage increased at an average rate of 29 gigatons per year from 2002 to 2016. This wet period during the GRACE mission followed at least two decades of dryness. Rodell believes this is a case of natural variability that occurs over decades in this region of Africa.

The researchers found that a combination of natural and human pressures can lead to complex scenarios in some regions. Previously undocumented water declines occurred in northwestern China in Xin Jiang province. Deze regio, about the size of Kansas, is bordered by Kazakhstan to the west and the Taklamakan desert to the south and encompasses the central portion of the Tien Shan Mountains.

Rodell and his colleagues had to piece together multiple factors to explain the disappearance of 5.5 gigatons of terrestrial water storage per year in Xin Jiang Province. Less rainfall was not the culprit. Additions to surface water were also occurring from climate change-induced glacier melt and the pumping of groundwater out of coal mines. But these additions were more than offset by depletions caused by an increase in water consumption for the irrigation of cropland and evaporation of river water from the desert floor.

The successor to GRACE, called GRACE Follow-On, a joint mission with the German Research Centre for Geosciences (GFZ), is at Vandenberg Air Force Base in California undergoing final preparations for launch.

Het onderzoeksrapport, "Emerging Trends in Global Freshwater Availability, " Matthew Rodell, James Famiglietti, David Wiese, J.T. Reager, Hiroko Beaudoing, Felix Landerer and Min-Hui Lo, was published in the journal  Natuur  on May 17, 2018.