Science >> Wetenschap >  >> Natuur

Wereldwijd lopen bijna 2 miljard mensen gevaar door bodemdaling

Voorspelling van mondiale bodemdaling (a) en ingezoomd voor Noord-Amerika (b), Zuid-Amerika (c), Europa en Noord-Afrika (d), Midden-Oosten (e) en Zuid-, Oost- en Zuidoost-Azië ( F). Credit:Davydzenka et al, 2024

Landdaling is een geologisch gevaar dat wordt veroorzaakt door de plotselinge of geleidelijke bezinking (jaren tot tientallen jaren) van het landoppervlak als gevolg van het verwijderen van ondergronds materiaal. Dit kan te wijten zijn aan een verscheidenheid aan factoren, zowel natuurlijke (zoals aardbevingen, vulkanische activiteit en verdichting van fijnkorrelige, niet-geconsolideerde sedimenten) als antropogene (bijvoorbeeld mijnbouw en grondwateronttrekking). Het vormt een groot probleem in stedelijke gebieden, waar het kan leiden tot het instorten van gebouwen en schade aan de infrastructuur, wat een gevaar voor het leven en een probleem met het beheer van hulpbronnen kan vormen.



Nu de bodemdaling in dichtbevolkte gebieden toeneemt, is grondwateronttrekking een sleutelfactor die bodemdaling aanstuurt:het verwijderen van water dat is opgeslagen in de porieruimte van ondergrondse lagen en het transporteren ervan voor menselijke consumptie en irrigatie in de landbouw, wat leidt tot verdichting van de bodem. ondergrondse sedimenten.

Dit is de focus van nieuw onderzoek, gepubliceerd in Geophysical Research Letters , waarin wetenschappers een significante positieve correlatie identificeerden tussen de snelheid van grondwateronttrekking en bodemdaling, wat betekent dat deze gebieden een belangrijk aandachtspunt zouden moeten zijn bij het beheer van watervoorraden om dit georisico te verminderen.

Tsimur Davydzenka, een Ph.D. onderzoeker aan de Colorado School of Mines, VS, en collega’s Dr. Pejman Tahmasebi en professor Nima Shokri, wendden zich tot diepgaande kunstmatige intelligentie om de omvang van landdaling wereldwijd te voorspellen. Tsimur en Dr. Tahmasebi legden de betekenis van hun onderzoek uit en zeiden:“Landdaling is een destructief fenomeen dat de infrastructuur en watervoerende lagen beschadigt en mensenlevens in gevaar brengt. De bevolkingsgroei heeft een onmiskenbare rol gespeeld in de winning van hulpbronnen, wat heeft geleid tot verzakking.

“Op basis van onze studies realiseerden we ons dat er verschillende lokale studies in verschillende landen bestaan ​​die bodemdaling onderzoeken, maar dat er niet voldoende onderzoek op wereldschaal is. Dergelijke kaarten bieden ook geen enkele informatie over de omvang van de bodemdaling, wat belangrijker is dan alleen de kans om het waar te nemen, of ze zijn beperkt tot regionale schaal. Met behulp van moderne datagestuurde modelleringstechnieken hebben we de eerste mondiale kaart van bodemdalingspercentages geïntroduceerd, die kan worden gebruikt om het grondwaterbeheerbeleid te informeren en de mitigatie te begeleiden."

De onderzoekers gebruikten bestaande gegevens uit bodemdalingsstudies en teledetectie om een ​​trainingsdataset van 46.000 bodemdalingsscenario's te genereren. Naast een selectie van 23 klimatologische, geografische en topografische omstandigheden (waaronder neerslag, bodemsamenstelling, sedimentdikte en helling) werden deze gebruikt om een ​​machine learning-model te trainen, dat vervolgens in staat was de totale oppervlakte van het land dat gevaar loopt door verzakking te schatten en de bevolking in deze zones.

Ze stelden vast dat ruim 6,3 miljoen km 2 van het aardoppervlak (~5% van het totale mondiale landoppervlak) is gevoelig voor bodemdalingspercentages die significant genoeg worden geacht om schade te veroorzaken en die mitigatiestrategieën vereisen – deze zijn groter dan 5 mm/j. Dit volgt uit eerder onderzoek dat 12 miljoen km 2 suggereerde van het landoppervlak kende een dalingssnelheid van 430 mm/j. Hiervan ruim 6,3 miljoen km 2 , 231.000 km 2 werd vastgesteld in stedelijke gebieden, waar volgens de bevolkingsdichtheid ~2 miljard mensen (25% van de wereldbevolking) zich in deze risicozones bevinden.

Mondiale bevolkingsdichtheid voor gebieden die getroffen zijn door snelle bodemdaling (>5 mm/j; a) en ingezoomd op Noord-Amerika (b), Zuid-Amerika (c), Europa en Noord-Afrika (d), het Midden-Oosten (e) en Zuid, Oost- en Zuidoost-Azië (f). Credit:Davydzenka et al, 2024

Het machine learning-model heeft vastgesteld dat grondwateronttrekking de belangrijkste voorspeller is van bodemdaling, gevolgd door seismische activiteit als gevolg van aardbevingen, en vervolgens door omgevingsomstandigheden (namelijk neerslag) die van invloed zijn op de grondwateraanvulling, de dikte van sedimentaire eenheden (grotere eenheden hebben meer ruimte voor uiteindelijke verdichting), gemiddelde temperatuur van de warmste maanden (belangrijk voor dorre en semi-aride gebieden die gevoelig zijn voor bodemdaling), het kleigehalte van de bodem en de bevolkingsdichtheid.

Aangezien grondwateronttrekking de voornaamste zorg is, stellen Tsimur en Dr. Tahmasebi manieren voor waarop de afhankelijkheid van de wereldbevolking hiervan in de toekomst kan worden gewijzigd. "Om de afhankelijkheid van grondwater te minimaliseren, omvatten strategische maatregelen het bevorderen van de efficiëntie van watergebruik, het implementeren van strikte regelgevingskaders en het stimuleren van landbouwpraktijken die het waterverbruik optimaliseren. Bovendien kan investeren in waterrecycling en terugwinningstechnologieën de beschikbaarheid van water vergroten zonder al te veel afhankelijk te zijn van grondwater.

“De geleidelijke afschaffing van de grondwaterwinning zou kunnen worden aangevuld door het benutten van alternatieve bronnen zoals gezuiverd afvalwater, het opvangen van regenwater en het beheer van regenwater. Bij de transitie moet echter ook rekening worden gehouden met de ruimtelijke beperkingen van reservoirs en de economische haalbaarheid van ontzilting van zeewater. Door natuurbehoudspraktijken te integreren, gebruik te maken van technologische innovaties en de diversificatie van waterbronnen kan een duurzaam ecosysteem voor de watervoorziening tot stand worden gebracht, waardoor de milieu- en sociaal-economische uitdagingen die gepaard gaan met buitensporige grondwateronttrekking worden verzacht."

Wat betreft de sedimenten die het zwaarst door bodemdaling worden getroffen:3,8 miljoen km 2 van de niet-geconsolideerde sedimenten (10% van de mondiale omvang) werden geïdentificeerd als primair risico, met de hoogste bodemdalingspercentages van 320,6 mm/j. Cultuurgrond vormde met 2,1 miljoen km 2 het grootste bedreigde gebied wereldwijd (12,2% van het mondiale landbouwareaal), terwijl subtropische hooglanden en gematigde oceanische klimaten te maken kregen met verhoogde bodemdalingssnelheden van meer dan 50 mm/j.

Over het geheel genomen wordt in Zuid-Azië gemodelleerd dat het de grootste omvang van het land heeft dat met bodemdaling wordt bedreigd (2,2% van de totale oppervlakte ervaart bodemdalingspercentages van meer dan 50 mm/j) en het grootste aantal mensen dat erdoor wordt getroffen (20 miljoen ). Andere landen met bodemdalingspercentages van meer dan 50 mm/j zijn onder meer de Filipijnen, Iran, Costa Rica, Indonesië en Oezbekistan.

Hoewel dit onderzoek een belangrijke mondiale kaart van bodemdaling oplevert, die bedrijven, boeren en lokale autoriteiten in gebieden met een hoger risico zal helpen bij het plannen van uitdagingen waarmee ze in de toekomst te maken kunnen krijgen, is verdere verfijning van het model nodig. Als zodanig stellen Tsimur en Dr. Tahmasebi dat het “zeker mogelijk” is dat toekomstige modellen een resolutie hebben die hoog genoeg is zodat individuele lokale autoriteiten de gegevens kunnen gebruiken voor mitigatiestrategieën.

Gezien het belang van grondwateronttrekking in de dataset, inclusief meer details over de diepte van de onttrekking, het type aquifer, de vertraging tussen onttrekking en de daling van het grondwaterpeil, evenals de wisselwerking tussen de olie- en gasindustrie (die bijdraagt ​​aan 4,36% van de huidige bodemdalingsregistraties) zijn noodzakelijke stappen om dit cruciale werk te verbeteren. Nu de bevolking steeds afhankelijker wordt van grondwater en de klimaatverandering de droogtes vergroot, zal de impact van de daling van het grondwater op de bodemdaling de komende jaren een steeds dringender probleem blijven.

Meer informatie: Tsimur Davydzenka et al, Onthulling van de mondiale omvang van landdaling:de zinkende crisis, Geofysische onderzoeksbrieven (2024). DOI:10.1029/2023GL104497

Journaalinformatie: Geofysische onderzoeksbrieven

© 2024 Science X Netwerk