Mensen hebben een opmerkelijke impact op de planeet gehad, van het kappen van bossen voor landbouw en verstedelijking tot het veranderen van de chemie van de atmosfeer met fossiele brandstoffen. Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie in het tijdschrift Natuur onthult voor het eerst de omvang van de menselijke impact op de wereldwijde watercyclus.

De studie gebruikte NASA's Ice, Cloud and Land Elevation Satellite (ICESat-2) om de grootste dataset ooit van seizoensgebonden waterstanden in meer dan 227, 000 meren, vijvers en reservoirs wereldwijd. Uit de gegevens blijkt dat hoewel door mensen beheerde reservoirs slechts een klein percentage van alle waterlichamen uitmaken, ze zijn verantwoordelijk voor 57% van de totale seizoensgebonden veranderingen in wateropslag wereldwijd.

"We hebben de neiging om de waterkringloop te zien als een puur natuurlijk systeem:regen en gesmolten sneeuw stromen in rivieren, die naar de oceaan lopen waar verdamping de hele cyclus opnieuw begint, " zei Sarah Cooley, een postdoctoraal onderzoeker aan de Stanford University die het onderzoeksproject lanceerde terwijl een afgestudeerde student aan de Brown University. "Maar mensen grijpen in feite substantieel in die cyclus in. Ons werk toont aan dat mensen verantwoordelijk zijn voor het grootste deel van de seizoensgebonden variaties in oppervlaktewateropslag op aarde."

Cooley leidde het werk met Laurence Smith, een professor in de milieuwetenschappen aan Brown, en Johnny Ryan, een postdoctoraal onderzoeker aan het Instituut van Brown voor Milieu en Samenleving.

De onderzoekers zeggen dat de studie een cruciale basis vormt voor het volgen van de wereldwijde hydrologische cyclus, aangezien klimaatverandering en bevolkingsgroei nieuwe druk uitoefenen op zoetwaterbronnen.

Een buitengewone dataset

Gelanceerd in een baan in 2018, De primaire missie van ICESat-2 is om veranderingen in de dikte en hoogte van ijskappen over de hele wereld te volgen. Dat doet hij met een laserhoogtemeter, die lichtpulsen gebruikt om de hoogte te meten met een nauwkeurigheid van 25 millimeter. Cooley, die ervaring heeft met het gebruik van satellieten om de waterstanden in Arctische meren te bestuderen, was geïnteresseerd in het toepassen van de nauwkeurige meetcapaciteit van de satelliet op meerniveaus over de hele wereld.

Cooley zegt dat de laserhoogtemeter van ICESat-2 een veel grotere resolutie heeft dan instrumenten die in het verleden werden gebruikt om waterstanden te meten. Dat maakte het mogelijk om een ​​grote, nauwkeurige dataset met kleine vijvers en reservoirs.

"Met oudere satellieten, je moet de resultaten gemiddeld over een groot gebied, die waarnemingen beperkt tot alleen 's werelds grootste meren, " zei Cooley. "ICESat heeft een kleine voetafdruk, zodat we niveaus kunnen krijgen voor kleine meren waar we voorheen niet in de buurt konden komen. Dat was belangrijk voor het begrijpen van de mondiale waterdynamiek, aangezien de meeste meren en stuwmeren vrij klein zijn."

Van oktober 2018 tot juli 2020, de satelliet meet de waterstanden in 227, 386 wateren, variërend in grootte van de Amerikaanse Grote Meren tot vijvers met een oppervlakte van minder dan een tiende van een vierkante mijl. Elk waterlichaam werd op verschillende tijdstippen van het jaar geobserveerd om veranderingen in waterstanden te volgen. De onderzoekers vergeleken de waterlichamen die ze observeerden met een database van reservoirs over de hele wereld om te identificeren welke waterlichamen door mensen werden gecontroleerd en welke natuurlijk waren.

Terwijl landen als de VS en Canada reservoirniveaus meten en die informatie openbaar maken, veel landen publiceren dergelijke gegevens niet. En er worden maar heel weinig meren en vijvers zonder stuwmeer gemeten. Er was dus geen manier om deze analyse te doen zonder de precieze satellietwaarnemingen, aldus de onderzoekers.

De waterkringloop beheersen

Uit het onderzoek bleek dat, hoewel natuurlijke meren en vijvers per seizoen gemiddeld 0,22 meter varieerden, door mensen beheerde reservoirs varieerden met 0,86 meter. Opgeteld, de veel grotere variatie in reservoirs in vergelijking met natuurlijke meren betekent dat reservoirs 57% van de totale variatie uitmaken. In sommige plaatsen, echter, menselijke invloed was zelfs sterker dan dat. Bijvoorbeeld, in droge gebieden zoals het Midden-Oosten, Amerikaanse Westen, India en Zuidelijk Afrika, variabiliteit toegeschreven aan menselijke controle stijgt tot 90% en meer.

"Van alle volumeveranderingen in zoetwaterlichamen rond de planeet - alle overstromingen, droogtes en smeltende sneeuw die het peil van het meer op en neer doen stijgen - mensen hebben bijna 60% van die variabiliteit in beslag genomen, Smith zei. „Dat is een enorme invloed op de watercyclus. In termen van menselijke impact op de planeet, dit is precies daar met effecten op landbedekking en atmosferische chemie."

Als de eerste wereldwijde kwantificering van de menselijke impact op de watercyclus, de resultaten zullen een cruciale basis vormen voor toekomstig onderzoek naar hoe de effecten ecosystemen over de hele wereld beïnvloeden, zeggen de onderzoekers.

In een afzonderlijke studie die onlangs is gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven , het onderzoeksteam kon ICESat-2-gegevens gebruiken om licht te werpen op hoe reservoirwater wordt gebruikt. De studie toonde aan dat in plaatsen zoals het Midden-Oosten, reservoirniveaus hebben de neiging om lager te zijn in de zomer en hoger in de winter. Dat suggereert dat er in het droge seizoen water vrijkomt voor irrigatie en drinkwater. In tegenstelling tot, de trend in plaatsen als Scandinavië was het tegenovergestelde. Daar, in de winter komt water vrij om waterkracht te maken voor verwarming.

"Dit was een verkennende analyse om te zien of we teledetectie kunnen gebruiken om te begrijpen hoe reservoirs op wereldschaal worden gebruikt, ' zei Ryan.

Smith zegt dat hij verwacht dat satellieten een steeds grotere rol gaan spelen in de studie van de watercyclus van de aarde. De afgelopen jaren, hij heeft met NASA gewerkt aan de missie Surface Water and Ocean Topography, dat geheel aan dit soort onderzoek zal worden gewijd.

"Ik denk dat we binnen de komende drie jaar een explosie van hoogwaardige satelliethydrologische gegevens zullen zien, en we krijgen een veel beter idee van wat er gaande is met water over de hele planeet, Smith zei. "Dat zal gevolgen hebben voor de veiligheid, grensoverschrijdende waterovereenkomsten, toekomstvoorspellingen voor gewassen en meer. We staan ​​aan de vooravond van een nieuw begrip van de hydrologie van onze planeet."