Stijgingen van grondwaterstanden en -volumes na grote aardbevingen die over de hele wereld zijn waargenomen, maar de details van dit proces zijn onduidelijk gebleven vanwege een gebrek aan grondwatergegevens direct voor en na een aardbeving. Gelukkig, onderzoekers van Kumamoto en Kwansei Gakuin Universities (Japan) en UC Berkley (VS) realiseerden zich dat ze een unieke onderzoekskans hadden om grondwaterpeilveranderingen rond Kumamoto City te analyseren nadat grote aardbevingen het gebied in 2016 troffen.

Veranderingen in de hydrologische omgeving na een aardbeving, zoals het opdrogen van vijvers of putten, het plotseling verschijnen van stromend water, of een stijging van het waterpeil zijn geregistreerd sinds de Romeinse tijd. Er zijn verschillende theorieën voorgesteld voor de oorzaak van dergelijke veranderingen, zoals fluctuaties in de waterdruk in de poriën (de druk van het grondwater dat wordt vastgehouden in de poriën of spleten van rotsen en grond), verhoogde waterdoorlatendheid, en waterbeweging door nieuwe scheuren.

Om de werkelijke oorzaak te achterhalen, gegevens moeten worden verzameld van observatieplaatsen in putten, waterbronnen, en rivieren. Echter, vooral in het geval van aardbevingen in het binnenland, het is over het algemeen zeldzaam dat deze locaties ruimtelijk en tijdelijk worden gerangschikt in een gebied waar een grote aardbeving heeft plaatsgevonden. Aanvullend, het is zelfs nog zeldzamer om voldoende gegevens te hebben om voor en na de ramp te vergelijken. Deze moeilijkheden vormden een wegversperring om een ​​duidelijk beeld te krijgen van hoe hydrologische omgevingen veranderen na aardbevingen.

Kumamoto-stad, op het zuidelijke Japanse eiland Kyushu, staat bekend om zijn water. Bijna 100% van het drinkwater van de stad is afkomstig uit grondwater in het gebied, dus er zijn veel observatieputten in het gebied die continu gegevens over het waterpeil en de kwaliteit registreren. In de vroege ochtend (Japanse tijd) van 16 april 2016, een aardbeving met een kracht van 7,0 trof de stad, wat resulteerde in een schat aan grondwatergegevens zowel voor als na de aardbeving. Onderzoekers van de Kumamoto University erkenden deze unieke kans om te beoordelen hoe aardbevingen hydrologische omgevingen in meer detail dan ooit tevoren kunnen veranderen, dus richtten ze een internationale samenwerking op om het evenement te bestuderen.

Na de hoofdschok trad een abnormale grondwaterstandstijging op en was met name waarneembaar in het opvulgebied van het grondwaterstromingssysteem. De waterstanden piekten binnen een jaar na de hoofdschok op ongeveer 10 meter en, hoewel het daarna rustiger is geworden, meer dan drie jaar later waren de waterstanden nog steeds hoog. Men dacht dat dit te wijten was aan een instroom van water uit een plaats die geen deel uitmaakte van de hydrologische cyclus van vóór de aardbeving, dus probeerden onderzoekers de bronnen te bepalen door stabiele isotopenverhoudingen van water te gebruiken.

De stabiele isotopenverhoudingen van water op het aardoppervlak veranderen licht met verschillende processen (verdamping, condensatie, enz.), zodat ze unieke markeringswaarden worden, afhankelijk van de locatie. Deze markers maken het mogelijk om de processen te bepalen die een watermonster en de bron ervan hebben beïnvloed.

Een vergelijking van de voor-en-na sets van stabiele isotopenverhoudingen onthulde dat, voor de aardbeving, grondwater in het Kumamoto City-gebied kwam voornamelijk uit laaggelegen bergaquifers, grondwater in oplaadgebieden, en kwel uit het centrale Shirakawa-riviergebied. Na de aardbeving, de onderzoekers zijn van mening dat seismische breuken aan de westkant van de berg Aso de doorlaatbaarheid van het bergwaterijzer hebben vergroot, waardoor grondwater naar het oplaadgebied van het stromingssysteem vrijkomt en het waterpeil is gestegen. Verder, grondwaterstanden in het uitstroomgebied die direct na de hoofdschok waren gedaald, waren binnen een jaar bijna hersteld.

"Ons onderzoek is het eerste dat de hydrologische veranderingen in het milieu, veroorzaakt door een grote aardbeving, in detail vastlegt, "Zei onderzoeksleider universitair hoofddocent Takahiro Hosono. "Het fenomeen dat we ontdekten kan overal op aarde voorkomen in gebieden met klimaat- en geologische omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die van Kumamoto. We hopen dat ons onderzoek nuttig zal zijn voor zowel wetenschappers als het opstellen van richtlijnen voor regionaal watergebruik bij een ramp."