Alcuni ricercatori della NASA hanno districato schemi enigmatici di sprofondamento e aumento del terreno per individuare i luoghi sotterranei in cui l’acqua viene pompata per l’irrigazione:
Gli scienziati hanno prodotto un nuovo metodo che mantiene la promessa di migliorare la gestione delle acque sotterranee, fondamentale sia per la vita che per l’agricoltura nelle regioni aride. Il metodo determina quanta perdita d’acqua sotterranea proviene da falde acquifere confinate in argilla, che possono essere drenate così asciutte da non potersi recuperare, e quanta proviene da terreno che non è confinato in una falda acquifera, che può essere reintegrata da alcuni anni di piogge normali. Il team di ricerca ha studiato il bacino di Tulare della California, parte della Central Valley. Il team ha scoperto che la chiave per distinguere tra queste fonti d’acqua sotterranee riguarda i modelli di sprofondamento e aumento del livello del suolo in questa regione agricola fortemente irrigata. La Central Valley costituisce solo l‘1% dei terreni agricoli degli Stati Uniti, ma coltiva ogni anno un incredibile 40% della frutta da tavola, della verdura e delle noci della nazione. Una produttività del genere è possibile solo perché gli agricoltori aumentano i 5-10 pollici (da 12 a 25 centimetri) di precipitazioni annuali della valle con un estensivo pompaggio delle acque sotterranee. Negli anni di siccità, oltre l’80% dell’acqua di irrigazione proviene dal sottosuolo.
Dopo decenni di pompaggio, le risorse idriche sotterranee stanno diminuendo. I pozzi nel bacino di Tulare ora devono essere perforati fino a 3.500 piedi (oltre 1.000 metri) di profondità per trovare acqua adeguata. Non c’è modo di misurare esattamente quanta acqua rimane nel sottosuolo, ma i gestori devono fare l’uso più saggio di tutto ciò che c’è. Ciò comporta il monitoraggio se l’acqua viene prelevata da falde acquifere o da terreno sciolto, noto come falda freatica. In questa vasta regione con decine di migliaia di pozzi illimitati, l’unico modo pratico per farlo è utilizzare i dati satellitari.
Un gruppo di ricerca del Jet Propulsion Laboratory della NASA nella California meridionale e del Lawrence Berkeley Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti nella California settentrionale hanno deciso di creare un metodo che facesse esattamente questo. Hanno affrontato il problema combinando i dati sulla perdita d’acqua dai satelliti USA-European Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) e GRACE Follow-On con i dati sui cambiamenti a livello del suolo da un satellite Sentinel-1 dell’ESA (Agenzia spaziale europea). I cambiamenti del livello del suolo in questa regione sono spesso correlati alla perdita d’acqua perché quando il terreno viene drenato, alla fine si accascia e sprofonda negli spazi in cui si trovava l’acqua, un processo chiamato subsidenza. Il bacino di Tulare si sta riducendo drasticamente: il tasso attuale è di circa un piede (0,3 metri) di affondamento all’anno. Ma da un mese all’altro, il terreno può cadere, alzarsi o rimanere lo stesso. Inoltre, questi cambiamenti non sempre si allineano con le cause previste. Ad esempio, dopo una forte pioggia, la falda freatica si alza. Sembra ovvio che ciò provocherebbe anche l’innalzamento del livello del suolo, ma a volte invece si abbassa. I ricercatori pensavano che queste misteriose variazioni a breve termine potessero essere la chiave per determinare le fonti di acqua pompata. “La domanda principale era: come interpretare il cambiamento che sta avvenendo su queste scale temporali più brevi: è solo un lapsus o è importante?” ha detto Kyra Kim, una borsista post-dottorato al JPL e coautrice del documento , apparso su Scientific Reports.
Argilla contro sabbia
Kim e i suoi colleghi credevano che i cambiamenti fossero legati ai diversi tipi di suolo nel bacino. Le falde acquifere sono confinate da strati di argilla rigida e impermeabile, mentre il terreno non confinato è più sciolto. Quando l’acqua viene pompata da una falda acquifera, l’argilla impiega un po’ di tempo per comprimersi in risposta al peso della massa di terra che preme dall’alto. Il terreno non confinato, d’altra parte, sale o scende più rapidamente in risposta alla pioggia o al pompaggio. I ricercatori hanno creato un semplice modello numerico di questi due strati di suolo nel bacino di Tulare. Rimuovendo la tendenza al cedimento a lungo termine dai dati sul cambiamento del livello del suolo, hanno prodotto un set di dati delle sole variazioni mensili. Il loro modello ha rivelato che su questa scala temporale, praticamente tutto il cambiamento del livello del suolo può essere spiegato da cambiamenti nelle falde acquifere, non nella falda freatica.
Ad esempio, in primavera ci sono poche precipitazioni nella Central Valley, quindi la falda freatica di solito sta affondando. Ma il deflusso della neve nella Sierra Nevada sta ricaricando le falde acquifere e questo fa salire il livello del suolo. Quando le precipitazioni provocano l’innalzamento della falda freatica, se le falde acquifere si stanno comprimendo contemporaneamente al pompaggio durante la precedente stagione secca, il livello del suolo cadrà. Il modello ha riprodotto correttamente gli effetti di eventi meteorologici come forti piogge nell’inverno 2016-17. Ha anche abbinato la piccola quantità di dati disponibili da pozzi e GPS.
Kim ha sottolineato che il nuovo modello può essere riproposto per rappresentare altre regioni agricole in cui l’uso delle acque sotterranee deve essere monitorato meglio. Con un lancio pianificato nel 2023, la missione NASA-ISRO (Indian Space Research Organisation) Synthetic Aperture Radar ( NISAR ) misurerà i cambiamenti nel livello del suolo a una risoluzione ancora più elevata rispetto a Sentinel-1. I ricercatori saranno in grado di combinare il set di dati di NISAR con i dati di GRACE Follow-On in questo modello a beneficio dell’agricoltura di tutto il mondo. “Ci stiamo dirigendo verso un matrimonio davvero bellissimo tra il telerilevamento e i modelli numerici per riunire tutto”, ha detto Kim.
Fonte: https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-finds-new-way-to-monitor-underground-water-loss
