Studie stellt fest, dass der Grundwasserabbau dazu führt, dass kalifornisches Ackerland absinkt, und schlägt Gegenmaßnahmen vor

Der Boden des trockenen Central Valley in Kalifornien sinkt, da das Grundwasser für die Landwirtschaft und das Trinkwasser die Grundwasserleiter erschöpft. Eine neue Fernerkundungsstudie der Stanford University zeigt, dass das Absinken – oder Absinken – von Land wahrscheinlich Jahrzehnte bis Jahrhunderte andauern wird, wenn der Grundwasserspiegel nur aufhört zu sinken. Um das Absinken zu stoppen, müssen die Wasserstände steigen.

„Wenn Sie diese Wasserstände nicht wieder steigen lassen, wird das Land jahrzehntelang möglicherweise um zehn Zentimeter pro Jahr sinken. Aber wenn sie steigen, können Sie sehr schnell belohnt werden. Sie verbessern sich fast sofort Situation“, sagte Matthew Lees, ein promovierter Geophysiker. Studentin und Hauptautorin der Studie, die am 2. Juni in erscheint Wasserressourcenforschung.

Die Forschung findet inmitten einer sich verschlimmernden Dürre in einem Bundesstaat statt, in dem der Klimawandel die Chancen auf heiße Bedingungen mit mehr Niederschlagsextremen kippt. Die ersten vier Monate des Jahres 2022 markierten Kaliforniens trockensten Jahresauftakt seit 1895. Die Wasserstände der Stauseen sind so niedrig, dass viele Bewässerungsbezirke das zweite Jahr in Folge bereit sind, keine ihrer üblichen Wasserzuweisungen aus dem Central Valley-Projekt zu erhalten , das staatlich verwaltete Netz von Stauseen und Kanälen, das Wasser zu etwa 3 Millionen Morgen Ackerland befördert.

„Es besteht ein dringender Bedarf, die grundlegenden Mechanismen besser zu verstehen, die den Zusammenhang zwischen Wasserständen und Verformung der Bodenoberfläche steuern“, sagte die leitende Studienautorin Rosemary Knight, Professorin für Geophysik an der Stanford School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth ) und Senior Fellow am Stanford Woods Institute for the Environment.

Nachhaltiges Management

In der Vergangenheit haben die verringerten Oberflächenwasservorräte dazu geführt, dass die Landwirte im Central Valley stark auf das Grundwasser zur Bewässerung angewiesen sind. Diese Region produziert etwa ein Viertel der Nahrungsmittel des Landes und beherbergt heute die meisten der 21 Grundwasserbecken, die gemäß dem wegweisenden kalifornischen Gesetz über nachhaltiges Grundwassermanagement von 2014 (SGMA) als kritisch überzogen eingestuft wurden.

Das Gesetz verlangt von den örtlichen Wasserbehörden, die Grundwasserentnahmen und -ablagerungen bis 2040 ins Gleichgewicht zu bringen. Im Rahmen des SGMA sind die Behörden auch verpflichtet, Pläne zur Überwachung und Bekämpfung von Landsenkungen zu erstellen, die die Infrastruktur beschädigen können und bereits die Tragfähigkeit kritischer Aquädukte verringert haben und Kanäle.

„Diese scheinbar unbewegliche, feste Oberfläche, auf der wir leben, ist eigentlich ein dynamisches, sich bewegendes Objekt, das sich ständig verändert. Diese Veränderungen interagieren viel mehr mit unserem Leben, als die meisten von uns erkennen“, sagte Lees. „Dieses Senkungsproblem ist ein unglaubliches Beispiel dafür.“

Die erste Runde der im vergangenen Jahr eingereichten Pläne für nachhaltige Bewirtschaftung war in mehreren Fällen bei der Behandlung von Setzungen unzureichend. Das kalifornische Ministerium für Wasserressourcen hat den Behörden bis Juli 2022 Zeit gegeben, um Mängel wie fehlende Informationen über die möglicherweise durch Landsenkungen gefährdete Infrastruktur, unzureichende Beweise zum Nachweis der Korrelation zwischen Grundwasserspiegel und Landsenkungen und unzureichende historische Informationen über Landsenkungen zu beheben.

„Die in dieser Studie durchgeführte Modellierung würde, wenn sie in Gebieten im ganzen Bundesstaat durchgeführt würde, die wissenschaftliche Grundlage liefern, die für eine nachhaltige Bewirtschaftung erforderlich ist. Eine Reihe möglicher Maßnahmen zur Minderung von Senkungen könnte streng bewertet werden“, sagte Knight, der George L Harrington-Professor an der Stanford Earth.

Zukünftigen Untergang verhindern

Die neue Forschung simuliert 65 Jahre Absenkung in der Nähe der Stadt Hanford im San Joaquin Valley, das ungefähr die südliche Hälfte des riesigen Central Valley ausmacht. Aufbauend auf Forschungsergebnissen, die 2019 von Knight und Ryan Smith, Ph.D. ’18 kombiniert die Simulation satellitengestützte Setzungsdaten, private Bohrlochprotokolle und Wasserstandsmessungen aus den 1950er Jahren, um ein physikalisches Modell des Untergrunds des Gebiets zu erstellen, einschließlich Schichten aus grobkörnigen Sedimenten und Ton, die sich wie ein zusammengedrückter Boden verdichten. Schwamm aus, wenn der Wasserstand sinkt.

Lokale Wasserbehörden und Naturschutzbezirke stellten Bohrlochprotokolle und Wasserstandsmessungen zur Verfügung und halfen bei der Ermittlung von Forschungsfragen für eine zukünftige nachhaltige Bewirtschaftung. Lokale Manager mit jahrelanger Erfahrung in der Beobachtung des Anstiegs und Abfalls des Wasserspiegels im Untersuchungsgebiet während nasser und trockener Perioden halfen den Wissenschaftlern auch, Datenfehler in frühen Iterationen des Modells zu erkennen. „Partnerschaften mit Menschen in den örtlichen Behörden haben diese Studie ermöglicht“, sagte Knight. „Die von ihnen beigesteuerten Daten und ihr Wissen über das System waren unerlässlich.“

In Übereinstimmung mit Modellierungen und Beobachtungen, die in den 1970er Jahren in der genauer überwachten westlichen Hälfte des San Joaquin Valley gemacht wurden, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass sich dicke Tone im gesamten Tal noch Jahrzehnte bis Jahrhunderte lang verdichten werden, nachdem sich die Wasserstände in den Grundwasserleitern der Region stabilisiert haben. „Dies ist eine wichtige Beobachtung“, schreiben die Autoren, denn die für das untersuchte Gebiet vorgelegten nachhaltigen Bewirtschaftungspläne gehen davon aus, dass Wasserstände, die sich auf den jüngsten Tiefständen stabilisiert haben, ausreichen werden, um ein zukünftiges Absinken zu verhindern. „Diese Annahme ist falsch“, sagte Knight. Das Absinken des Landes wird sich nur verlangsamen, wenn die Ablagerungen in Grundwasserbecken – aus Regenfällen und Abflüssen oder verwalteten Projekten zur Wiederauffüllung von Grundwasserleitern – beginnen, die Entnahmen zu übertreffen.

Die neue Modellierung zeigt auch, dass die Verdichtung in der tiefsten Schicht des Grundwassersystems in den letzten 20 Jahren für mehr als 90 Prozent der Setzungen im Untersuchungsgebiet verantwortlich war. „Wenn Ihre einzige Sorge das Absinken des Landes ist, dann ist es viel besser, Ihr Wasser aus der flachen Zone als aus der tiefen Zone zu pumpen“, sagte Lees.

Während sich die Studie auf ein relativ kleines Gebiet konzentriert, sagen die Autoren, dass die Ergebnisse wahrscheinlich repräsentativ für absinkende Regionen im gesamten San Joaquin Valley sind und die Methodik angewendet werden kann, um Absenkungen in ähnlichen Aquifersystemen weltweit zu verstehen.