Seismisch geluid - de lage trillingen die worden veroorzaakt door alles, van metro's tot golven die op het strand beuken - is meestal iets dat seismologen proberen te vermijden. Ze factoriseren het uit modellen en creëren algoritmen om het te elimineren, zodat ze de signalen van aardbevingen kunnen identificeren.

Maar Tim Clements denkt dat het een hulpmiddel kan zijn om een ​​van de kostbaarste hulpbronnen ter wereld te monitoren:water.

Een afgestudeerde student die werkt in het laboratorium van universitair docent aard- en planetaire wetenschappen Marine Denolle, Clements is de hoofdauteur van een recente studie waarin seismische ruis werd gebruikt om de grootte en de waterstanden in ondergrondse watervoerende lagen in Californië te meten. De techniek zou zelfs kunnen worden gebruikt om te volgen of en hoe watervoerende lagen zich herstellen na neerslag, en begrijpen geologische veranderingen die kunnen optreden als water wordt weggepompt. De studie wordt beschreven in een recent gepubliceerd artikel in Geofysische onderzoeksbrieven .

"De manier waarop dit tegenwoordig gewoonlijk zou worden gedaan, is door een meting te doen bij een grondwaterput, ' zei Clements. 'En als je een netwerk van die putten hebt, je kunt een model ontwikkelen waarbij je uitgaat van een aantal hydrologische parameters... en waarmee je de gezondheid van de aquifer kunt meten.

"Maar wat we hebben laten zien, is dat we deze golven die zich door de hele watervoerende laag verplaatsen, gewoon direct kunnen meten. " vervolgde hij. "Dus we hoeven die veronderstellingen niet te maken, omdat we de golven direct kunnen meten."

Met behulp van die metingen, onderzoekers konden de waterdiepte van de San Gabriel Valley aquifer meten, gelegen net buiten Los Angeles, tot op een centimeter. Pogingen om de grootte van de watervoerende laag te meten werden beperkt door het bestaande seismische netwerk, Clemens zei, en waren dus slechts tot op ongeveer een kilometer nauwkeurig.

"Dat geeft ons een manier om na te denken over volume, "Zei Denolle. "Wat we ontdekten, is dat met deze methode het volume dat we berekenden alsof het uit de watervoerende laag was gepompt, gelijk was aan het volume dat werd gepubliceerd."

"We schatten het op ongeveer een halve kubieke kilometer, ' zei Clements. 'En dat is precies wat de watermeester van San Gabriel zei dat ze tijdens de droogte hebben leeggepompt om aan de vraag te voldoen.'

die droogte, Clemens zei, was een van de redenen waarom onderzoekers ervoor kozen om zich te concentreren op de San Gabriel Valley.

"Ze hadden de afgelopen vijf jaar een enorme droogte meegemaakt, en er zijn meer dan 1 miljoen mensen die in dit relatief kleine gebied buiten Los Angeles wonen en die voor al hun watergebruik afhankelijk zijn van het grondwater, " zei hij. "In de afgelopen vijf jaar, ze hadden een grote hoeveelheid grondwater verloren, en daar zijn grote financiële kosten aan verbonden, dus ons doel was om te begrijpen of we seismische golven kunnen gebruiken om te begrijpen wat er met de watervoerende laag gebeurt."

De regio is ook al uitgerust met een netwerk van seismografen, hij zei, waardoor het relatief eenvoudig is om seismische ruisgegevens te verkrijgen en deze te gebruiken om de watervoerende laag te onderzoeken.

Hoewel de studie niet de eerste was die op het idee kwam om seismisch geluid te gebruiken om grondwater te bestuderen, Denolle zei dat eerdere inspanningen werden belemmerd omdat ze vertrouwden op een signaal dat relatief zwak was in vergelijking met omgevingsfactoren zoals temperatuur en druk.

"Dit was een groot signaal waar we naar keken, " zei ze. "De watervoerende laag oscilleerde met 20 meter waterhoogteveranderingen in een paar jaar, dus het is een groter signaal dan welke omgevingsinvloed dan ook."

Het systeem kan ook een nuttig hulpmiddel zijn voor iedereen die betrokken is bij waterbeheer, Clemens zei, omdat het hen van moment tot moment een beeld kan geven van wat er precies gebeurt in een ondergrondse watervoerende laag.

"Dit kan worden gebruikt voor waterbeheer, " zei Clements. "In deze studie, we keken naar gegevens van ongeveer 17 jaar, van 2000 tot 2017, maar in de toekomst zou dit kunnen worden gebruikt in een waterbeheertoepassing, zodat je een beeld krijgt van wat er dagelijks met de watervoerende laag gebeurt."

Naast het verstrekken van grondwatermetingen, de techniek kan ook worden gebruikt om de gezondheid van een watervoerende laag in de tijd te volgen.

"Als we de gegevens hadden, we kunnen deze technologie misschien gebruiken om terug te kijken naar hoe watervoerende lagen er vroeger uitzagen en de langetermijnevolutie van een watervoerende laag te bestuderen, "Zei Denolle. "Een van de uitdagingen voor mensen die waterbronnen beheren, is of watervoerende lagen nog steeds elastisch reageren, wat betekent dat we het kunnen opladen met dezelfde opslagcapaciteit of verliest het na verloop van tijd capaciteit als we water wegpompen? Met behulp van seismische golven, we kunnen mogelijk achterhalen of deze watervoerende lagen elastisch zijn of niet."

Vooruit gaan, Clemens zei, hij is van plan om manieren te zoeken om de resolutie van het systeem op zowel micro- als macroniveau te verbeteren.

In samenwerking met de faculteit van Tufts University, hij installeerde putten en seismometers op de campus om veranderingen bij te houden als grondwater naar de oppervlakte wordt gepompt om sportvelden te irrigeren. Andere inspanningen zijn gericht op het gebruik van het bestaande seismometernetwerk in Californië om manieren te verbeteren om de totale omvang van watervoerende lagen te meten.