Aus der Luft kartieren Wissenschaftler „schnelle Wege“ zur Wiederauffüllung des kalifornischen Grundwassers

Vor Tausenden von Jahren, während der letzten Eiszeit, flossen Flüsse von riesigen Gletschern in der Sierra Nevada hinunter ins Central Valley, gruben sich in Felsen und gruben Kanäle zu einer Zeit, als der Meeresspiegel etwa 400 Fuß niedriger war. Als sich die Gletscher zurückzogen, floss Schmelzwasser nach unten und begrub die Flusskanäle im Sediment.

Diese von alten Flüssen hinterlassenen Kanäle liegen versteckt unter dem kalifornischen Central Valley. Wissenschaftler nennen sie Paläovale oder eingeschnittene Talfüllablagerungen. Bis zu 100 Fuß tief und an manchen Stellen mehr als eine Meile breit, sind sie mit grobkörnigem Sand, Kies und Kopfsteinpflaster gefüllt.

Da diese Paläoväler sehr durchlässig sind, haben Wissenschaftler darauf hingewiesen, dass sie ideale Wege für Wasser sind, um schnell nach unten zu sickern und das Grundwasser wieder aufzufüllen. Das macht die unterirdischen Kanäle jetzt im Central Valley besonders wertvoll, wo landwirtschaftliche Brunnen und Pumpen weiterhin den Grundwasserspiegel senken und wo Manager von Wasserbehörden nach Gebieten suchen, um Hochwasser aufzufangen, um erschöpfte Grundwasserleiter wieder aufzufüllen, wenn die nächsten großen Überschwemmungen in Kalifornien kommen.

Die Paläoväler sind seltene geologische Merkmale im Central Valley, wo ein Großteil des Bodens Schichten aus undurchlässigem Ton und Schlick aufweist, die die Abwärtsbewegung des Wassers behindern. In jahrelanger sorgfältiger Forschung haben Wissenschaftler Daten zusammengetragen, um einige dieser Gebiete zu identifizieren, aber sie glauben, dass es am östlichen Rand des Central Valley ein Dutzend oder mehr davon geben könnte.

In einer neuen Studie haben Wissenschaftler zum ersten Mal eine detaillierte Karte eines dieser Paläovalen erstellt, das sich am Schwemmkegel des Kings River zwischen Fresno und Selma befindet. Indem sie einen mit einem elektromagnetischen Bildgebungssystem ausgestatteten Hubschrauber flogen, sammelten sie Daten, um effektiv unter die Erde zu blicken und zu kartieren, was ihrer Meinung nach einer der „schnellen Wege“ zur Wiederauffüllung der Grundwasserleiter des Tals ist.

„Die zentrale Frage ist, gibt es einen effizienten Weg, um diese massiven Merkmale zu finden, die die natürliche Infrastruktur bereitstellen könnten, die wir brauchen, um das kalifornische Grundwasser wieder aufzufüllen?“ sagte Rosemary Knight, Geophysikprofessorin an der Stanford University und Hauptautorin der Studie. „Wir brauchen einen schnellen, zuverlässigen und kostengünstigen Weg, um diese Pfade zu finden.“

Knight und andere Stanford-Wissenschaftler konzentrierten sich auf ein Paläovalley, das am Kings River stromaufwärts von Centerville beginnt und sich mindestens 29 Meilen in Richtung der Stadt Easton erstreckt und sich über mehr als eine Meile erstreckt. In Zusammenarbeit mit dem Co-Autor der Studie, Graham Fogg, einem emeritierten Hydrogeologie-Professor an der UC Davis, erstellten die Wissenschaftler eine dreidimensionale Karte des Paläo-Tals und bestätigten seinen Standort genau dort, wo Fogg und seine Kollegen es in früheren Forschungen entdeckt hatten.

Knight sagte die Studie, die am Donnerstag in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Umweltforschungsbriefezeigte, dass ein luftgestütztes elektromagnetisches System andere großräumige Kanäle effektiv kartieren kann, die als Wasserpfade für eine gesteuerte Wiederauffüllung des Grundwasserleiters dienen könnten.

Als der Hubschrauber 2020 über das Gebiet flog, ließ er eine große, sechseckige Sendeschleife darunter baumeln. Das in Dänemark entwickelte System verwendet Elektrizität, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Während es über der Erde schwebt, misst das System, wie stark verschiedene unterirdische Materialien dem Fluss von elektrischem Strom widerstehen. Diese Daten liefern einen Querschnitt des Untergrunds bis zu einer Tiefe von etwa 1.000 Fuß.

Knight verglich es mit einer MRT der Erde oder der Verwendung eines Metalldetektors, um vergrabenes Metall basierend auf seinen elektrischen Eigenschaften zu finden.

Obwohl die Wiederauffüllung von Grundwasserleitern seit Jahrzehnten praktiziert wird, hat sie eine neue Bedeutung erlangt, da viele Gebiete Kaliforniens versuchen, das Gesetz über nachhaltiges Grundwassermanagement von 2014 des Bundesstaates einzuhalten. Das Gesetz soll das Überpumpen von Grundwasser angehen und verlangt, dass viele lokale Behörden bis 2040 den Wasserverbrauch mit den verfügbaren Vorräten in Einklang bringen.

Während der aktuellen Dürre, die die trockenste Dreijahresperiode seit Beginn der Aufzeichnungen gebracht hat, sind die Farmen im Central Valley weiterhin stark auf das Pumpen von Grundwasser angewiesen. Da der Wasserstand sinkt, bleiben immer mehr ländliche Hausbesitzer mit ausgetrockneten Brunnen zurück.

Gleichzeitig verstärkt das sich erwärmende Klima Kaliforniens extreme Wetterschwankungen. Der Klimawandel wird voraussichtlich nicht nur Dürren verschlimmern, sondern auch intensivere Überschwemmungen mit sich bringen.

„Die Nutzung von Hochwasser zur Erholung und Vorbereitung auf die nächste Dürre in der Zukunft muss einfach ein wesentlicher Bestandteil unserer Süßwasserstrategie sein“, sagte Knight. „Wir müssen dieses natürliche Netz von Wegen erschließen, um das Wasser nach unten und ins Tal zu leiten.“

Unter der Erde gibt es viel Platz, um Wasser zu speichern. Schätzungsweise 140 Millionen Acre-Fuß Wasser wurden im Central Valley erschöpft, etwa das Dreifache der gesamten Speicherkapazität aller kalifornischen Oberflächenwasserreservoirs.

„Wenn man nach einem Ort sucht, an dem man Wasser abstellen kann, ist es eindeutig unterirdisch“, sagte Fogg. „Unter dem Klimawandel, mit mehr Wasser aus Überschwemmungen und einem größeren Wunsch, einen Teil dieses Hochwassers zur Wiederauffüllung umzuleiten, ist es noch wichtiger zu wissen, wo man dieses Wasser ableiten und relativ schnell infiltrieren kann.“

Zwei weitere Paläoväler wurden an anderer Stelle im Central Valley gefunden, darunter eines in der Nähe des American River im Sacramento County und eines in der Gegend von Modesto, sagte Fogg. Er sagte, die Infiltrationsraten von Wasser am Standort Sacramento County seien schätzungsweise 60-mal höher als an anderen Orten in der Region.

Fogg hat diese versteckten Mini-Canyons „die Yosemite-Täler der Aufladeorte genannt, weil sie so besonders sind“. Hier endet die Analogie jedoch, denn die Paläovale sind viel flacher.

Wenn mehr dieser speziellen Wiederauffüllungsorte gefunden werden, könnten Manager von Wasserbehörden nicht nur mehr Wiederauffüllung erreichen, sondern auch Schutzgebiete einrichten, um die Kontamination zu minimieren, die vom Land in den Grundwasserleiter fließen könnte, sagte Fogg.

„Ich hatte immer das Gefühl, dass wir wissen müssen, wo sie sind, damit wir sie ausbeuten und beschützen können“, sagte Fogg.

Er sagte, er denke, dass der wichtigste praktische Aspekt der Forschung darin besteht, dass der Staat „diese Methoden verwendet, um diejenigen zu finden, die noch unentdeckt sind“.

Erica Gies, eine Journalistin und Autorin, schrieb in ihrem Buch „Water Always Wins: Thriving in an Age of Dürre und Sintflut“ über die Arbeit der Wissenschaftler, die die alten Flusskanäle enthüllten. Gies sagt, sie gehören zu den Innovatoren der Slow-Water-Bewegung, wie sie es nennt.

„Sie versuchen, Platz für Wasser zu schaffen, damit es sich auf dem Land verlangsamen kann“, sagte Gies. „Das Wiederaufladen von Paläovalen bedeutet, Platz für Wasser zu finden, um an Land langsamer zu werden und sich unterirdisch zu bewegen, um die Verbindung und Beziehung zwischen Oberfläche und Grundwasser zu heilen, worum es bei langsamem Wasser wirklich geht.“

Gies sagte, die elektromagnetische Bildgebungstechnologie sei ein „Spielveränderer“, um mehr von den Paläovälern zu finden, die ihrer Meinung nach ein großes Potenzial für die Wiederaufladung bergen.

Sobald die Wissenschaft fertig ist und die Merkmale kartiert sind, sagte Gies: „Dann kommt die Arbeit der Entscheidung, ob wir dieses Land für diesen Zweck beiseite legen werden? Wie wird das funktionieren? Wie werden wir Wasser dorthin bringen ?“

„Ich hoffe, dass Entscheidungsträger in Land und Kommunen ihre Bedeutung verstehen und sie zum Auftanken nutzen“, sagte Gies.

Sobald optimale Standorte für die Wiederauffüllung gefunden sind, könnten Behörden eine Infrastruktur aufbauen, um Wasser in Becken zu leiten, wo es in den Boden eindringen würde. Oder sie könnten Bereiche auf Ackerland finden, wo Hochwasser schnell in den Boden eindringen würde.

Das in der Studie kartierte Paläoval liegt unterhalb von Ackerland.

Die Forschung wird helfen, wenn Agenturen an Plänen für Grundwasserneubildungsstandorte arbeiten, sagte Kassy Chauhan, Geschäftsführerin der North Kings Groundwater Sustainability Agency.

„Wir beabsichtigen, so viel wie möglich einzufangen, wenn die nassen Flutjahre kommen“, sagte Chauhan.

Sie sagte, die Studie werde ihr und anderen Wassermanagern ein Werkzeug an die Hand geben, „um diese Becken richtig zu positionieren, damit wir das maximale Wiederaufladepotenzial erhalten“.

Da die Brunnen der Bewohner in der Gegend weiterhin austrocknen, sei die Stabilisierung des Grundwasserspiegels eine Priorität, sagte sie. „Je mehr Wasser wir in den Untergrund bringen können, desto mehr können wir den Grundwasserleiter auffüllen, desto weniger Brunnen werden versiegen.“

2022 Los Angeles Times.
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