Al decenia, Door intensief grondwater op te pompen is de grond onder de San Joaquin Valley in Californië weggezakt, infrastructuur beschadigen. Nu onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie suggereert dat als pompen de grond doet zinken, het ontketent ook een onzichtbare bedreiging voor de menselijke gezondheid en de voedselproductie:het zorgt ervoor dat arseen terechtkomt in grondwaterlagen die drinkwater leveren aan 1 miljoen mensen en irrigatie voor gewassen in enkele van de rijkste landbouwgronden van het land.

De groep ontdekte dat satelliet-afgeleide metingen van het zinken van de grond arseenconcentraties in het grondwater konden voorspellen. Deze techniek zou een systeem voor vroegtijdige waarschuwing kunnen zijn om wereldwijd gevaarlijke niveaus van arseenverontreiniging in watervoerende lagen met bepaalde kenmerken te voorkomen.

"Arseen in grondwater is al heel lang een probleem, " zei hoofdauteur Ryan Smith, een promovendus in de geofysica aan de School of Earth, Energie- en milieuwetenschappen (Stanford Earth). Het is van nature aanwezig in de aardkorst en een veelvoorkomend probleem bij grondwaterbeheer vanwege de alomtegenwoordigheid en de link met hartziekten, suikerziekte, kanker en andere ziekten. "Maar het idee dat overpompen voor irrigatie de arseenconcentraties zou kunnen verhogen, is nieuw, ' zei Smit.

belangrijk, de groep vond tekenen dat watervoerende lagen die verontreinigd zijn als gevolg van overpompen zich kunnen herstellen als de onttrekkingen stoppen. Gebieden die langzamer zinken dan 15 jaar eerder, hadden ook lagere arseengehaltes. "Grondwater moet grotendeels zijn omgedraaid, " zei co-auteur van de studie Scott Fendorf, een professor in aardsysteemwetenschap en een senior fellow bij het Stanford Woods Institute for the Environment.

Arseen vrijmaken uit klei

Het onderzoeksteam analyseerde arseengegevens voor honderden putten in twee verschillende droogteperiodes, naast schattingen op centimeterniveau van bodemdaling, of zinken, vastgelegd door satellieten. Ze ontdekten dat wanneer het land in het Tulare-bekken van de San Joaquin Valley sneller dan 3 inch per jaar zinkt, het risico om gevaarlijke arseengehalten in het grondwater te vinden, verdrievoudigt.

De watervoerende lagen in het Tulare-bekken bestaan ​​uit zand- en grindzones, gescheiden door dunne kleilagen. De klei werkt als een spons, vasthouden aan water en arseen opgezogen uit oude riviersedimenten. In tegenstelling tot de zand- en grindlagen, deze kleien bevatten relatief weinig zuurstof, die voorwaarden schept voor arseen om in een vorm te zijn die gemakkelijk in water oplost.

Wanneer er te veel water uit de zand- en grindgebieden wordt gepompt, de watervoerende laag comprimeert en land zinkt. "Zand en grind dat door waterdruk uit elkaar werd gedrukt, begint nu op die spons te drukken, " legde Fendorf uit. Arseenrijk water begint dan naar buiten te sijpelen en vermengt zich met water in de hoofdwatervoerende laag.

Wanneer het pompen van water voldoende vertraagt ​​om de verzakking te remmen - en de druk op ingesloten arseen te verlichten - schoon water dat door stromen naar binnen dringt, regen en natuurlijke afvoer aan het oppervlak kunnen het systeem geleidelijk schoonspoelen.

Echter, studie co-auteur Rosemary Knight, een professor in de geofysica en gelieerde faculteit van het Woods Institute, waarschuwt tegen te veel bankieren op een voorspelbaar herstel van overpompen. "Hoe lang het duurt om te herstellen, zal zeer variabel zijn en afhankelijk van zoveel factoren, " ze zei.

De onderzoekers zeiden dat overpompen in andere watervoerende lagen dezelfde verontreinigingsproblemen zou kunnen veroorzaken als in de San Joaquin-vallei als ze drie attributen hebben:afwisselende lagen klei en zand; een bron van arseen; en relatief laag zuurstofgehalte, wat gebruikelijk is in watervoerende lagen onder dikke klei.

De dreiging is wellicht groter dan ooit werd gedacht. Pas in de afgelopen paar jaar hebben wetenschappers ontdekt dat anders goed beluchte watervoerende lagen die grotendeels immuun worden geacht voor arseenproblemen, in feite kunnen worden doorspekt met klei met het lage zuurstofgehalte dat nodig is om arseen in het meeste grondwater te laten doordringen. "We beginnen nu pas te beseffen dat dit een gevaar is, ' zei Fendorf.

Satellietinzichten

De onthulling dat teledetectie alarm kan slaan voordat besmetting de menselijke gezondheid bedreigt, biedt hoop op betere watermonitoring. "In plaats van putten te moeten boren en watermonsters terug te moeten nemen naar het laboratorium, we hebben een satelliet die de gegevens krijgt die we nodig hebben, ' zei Ridder.

Hoewel brongegevens belangrijk zijn om satellietgegevens te valideren en te kalibreren, ze legde uit, monitoring op de grond kan nooit de omvang en snelheid van teledetectie evenaren. "Je bemonstert een put nooit vaak genoeg om dat arseen te vangen op het moment dat het in de put zit, " zei Knight. "Dus wat fantastisch om dit vroege waarschuwingssysteem met teledetectie te hebben om mensen te laten beseffen dat ze een kritiek punt naderen in termen van waterkwaliteit."

De studie bouwt voort op onderzoek geleid in 2013 door Laura Erban, vervolgens een doctoraatsstudent die in de Mekong Delta in Vietnam werkte. "Dat is waar we begonnen te zeggen, 'Oh nee, '" zei Fendorf, die co-auteur van dat artikel was.

Net als in de San Joaquin-vallei, gebieden van de Mekong Delta waar het land meer wegzakte, vertoonden hogere arseenconcentraties. "Nu hebben we twee locaties in totaal verschillende geografische regio's waar dezelfde mechanismen lijken te werken, " zei Fendorf. "Dat geeft een trigger dat we moeten nadenken over het beheer van het grondwater en ervoor zorgen dat we de watervoerende lagen niet te veel gebruiken."