Shujuan Mao van Stanford University en haar collega's gebruikten een verrassende techniek om deze vraag te beantwoorden voor het grootstedelijk gebied van Los Angeles. Ze analyseerden veranderingen in de snelheid van seismische golven die door het LA-bekken reizen en volgden deze veranderingen in ruimte en tijd tussen januari en oktober 2023.

Zoals Mao rapporteerde op de jaarlijkse bijeenkomst van de Seismological Society of America (SSA) in 2024, bleek uit hun onderzoek dat de grondwaterstanden zich bijna volledig herstelden op zeer ondiepe diepten – ongeveer 50 meter onder het oppervlak. Slechts ongeveer 25% van het grondwater dat de afgelopen twintig jaar verloren is gegaan, werd echter aangevuld op ongeveer 300 meter en dieper, waarschijnlijk omdat het voor regenwater lastiger is om in diepere lagen van de aarde te sijpelen.

"Dat betekent dat een enkel episch jaar van stormen niet genoeg is om de uitputting van het grondwater te herstellen die is ontstaan ​​door de recente droogtes. Het duurt nog veel meer natte jaren voordat de diepe watervoerende laag zich volledig heeft hersteld", aldus Mao.

Grondwater draagt ​​voor meer dan 60% bij aan de watervoorziening die in Californië wordt gebruikt tijdens droogte, merkte ze op.

Mao en haar collega's zijn pioniers in het gebruik van seismische gegevens om de grondwaterstanden in het stroomgebied van Los Angeles te begrijpen, als aanvulling op andere methoden die worden gebruikt om de grondwaterstanden te meten. De meest traditionele methode omvat het graven van putten, wat duur is en alleen een “puntschaalmeting” oplevert, legt Mao uit. "Je weet niet wat het niveau is tussen twee putten, of in andere aquiferlagen die ondieper of dieper zijn ten opzichte van jouw put."

Meer recentelijk hebben onderzoekers satellietmetingen gebruikt om kleine veranderingen in de vervorming van het aardoppervlak of het zwaartekrachtveld te detecteren, wat goed werkt om veranderingen in de grondwateropslag in de loop van de tijd en het gebied af te leiden. "Deze oppervlaktemetingen kunnen ons niet vertellen wat er op verschillende diepten gebeurt", zei Mao, "maar dat is waar wij als seismologen kunnen helpen."

Met gegevens van 65 breedbandseismografen in het Seismic Network in Zuid-Californië keken de onderzoekers naar veranderingen in de voortplantingssnelheid van seismische golven. De gegevens die ze gebruikten zijn de seismische trillingen op de achtergrond die worden gegenereerd door de oceanen, de wind en menselijke activiteit, en niet de seismische golven die gepaard gaan met aardbevingen.

"Deze seismische trillingen op de achtergrond zijn continu, waardoor we de seismische snelheidsveranderingen continu kunnen meten en monitoren", zei Mao.

Seismische golfsnelheid varieert afhankelijk van de mechanische toestand van de materialen waar de golven doorheen gaan. Wanneer het grondwaterpeil stijgt, neemt de druk in de poreuze ruimte tussen de rotsen toe en planten de seismische golven zich langzamer door dit poreuze gesteente voort.

De onderzoekers ontdekten dat hun schattingen van grondwateropslag, berekend op basis van seismische snelheidsveranderingen, goed te vergelijken waren met metingen van grondwateropslag op basis van put- en satellietgegevens.

De onderzoekers vonden ook een prominente aanvulling van watervoerende lagen in de San Gabriel Valley en het Raymond Basin, waarschijnlijk als gevolg van oppervlakte- of ondergrondse stromingen uit de San Gabriel-bergen.

De combinatie van een dicht seismisch netwerk en een dringend watertekort maakte Los Angeles "een ideale plek om te laten zien hoe bestaande seismische gegevens kunnen bijdragen aan het monitoren, begrijpen en beheren van grondwaterlagen", aldus Mao.

Seismische gegevens zouden waarschijnlijk worden geïntegreerd met veel soorten metingen om een ​​alomvattend beeld te krijgen van de grondwaterdynamiek die nodig is om de waardevolle hulpbron op een op gegevens gebaseerde en duurzame manier te beheren, voegde ze eraan toe.

Mao, die in augustus assistent-professor wordt aan de Universiteit van Texas in Austin, zei dat ze seismische technieken in Austin zal toepassen om te monitoren hoe watervoerende lagen in die regio reageren op kunstmatige aanvullingsoperaties.

Aangeboden door Seismological Society of America