Durch den Klimawandel und das Bevölkerungswachstum werden die weltweiten Wasserressourcen knapp, und Bauernhöfe und Städte greifen zunehmend auf Grundwasser zurück, um ihren Bedarf zu decken. Leider kann das Pumpen von Grundwasser dazu führen, dass die darüber liegende Bodenoberfläche absinkt, da die darunter liegenden Grundwasserleiter entwässert werden und die Architektur des Bodens zusammenbricht. Zum ersten Mal erfasst eine neue Studie diesen weltweiten Verlust der Grundwasserspeicherkapazität.
In der Studie, veröffentlicht Oktober im Journal NaturkommunikationForscher des DRI, der Colorado State University und der Missouri University of Science and Technology untersuchten, wie die Grundwasserentnahme zu Bodensenkungen und zum Zusammenbruch von Grundwasserleitern führt.
„Unsere Studie stellt die Landsenkung, die durch übermäßiges Grundwasserpumpen entsteht, in einen globalen Kontext“, sagte Fahim Hasan, ein Ph.D. Kandidat an der Colorado State University und Hauptautor der Studie.
Durch die Kombination öffentlich verfügbarer Daten mit den Vorhersagemöglichkeiten von Computermodellen stellten sie fest, dass die weltweite Grundwasserspeicherkapazität mit einer Rate von etwa 17 km3 pro Jahr verschwindet (ungefähr die Größe von 7.000 Pyramiden von Gizeh). Dieser Verlust der Grundwasserspeicherung ist dauerhaft und verringert dauerhaft die Wassermenge, die aufgefangen und gespeichert werden kann.
Ungefähr 75 % dieser Senkungen finden auf Ackerland und städtischen Regionen statt, was die Bedeutung einer weltweiten Verbesserung des Grundwassermanagements unterstreicht.
„Mit dieser Studie wollten wir die Dynamik der Bodensenkung weltweit verstehen, und zwar mit einer ausreichend hohen Auflösung, um lokalen Verwaltungsbehörden zu helfen“, sagt Sayantan Majumdar, Ph.D., Assistenzprofessor für hydrologische Wissenschaften und Fernerkundung am DRI, der mit- Autor der Studie.
Um zu ermitteln und zu quantifizieren, wie viel Land durch Grundwasserpumpen in Regionen absinkt, in denen keine Daten verfügbar sind, nutzte das Team fortschrittliche Techniken des maschinellen Lernens. Sie stellten zunächst alle öffentlich zugänglichen Informationen zusammen, die sie von Bundes- und Landesbehörden sowie wissenschaftlichen Studien finden konnten.
Anschließend nutzten sie diese Daten, um ein Computermodell zu erstellen, das Risikofaktoren für Landsenkungen wie Landnutzungs- und Klimadaten nutzen kann, um statistische Vorhersagen für Bodensenkungen in anderen Regionen zu erstellen. Sie testeten die Genauigkeit der Vorhersagekapazität des Modells, indem sie beurteilten, wie gut es Bodensenkungen in Regionen vorhersagte, in denen Bodensenkungen nachgewiesen wurden. Auf diese Weise könnten sie die Studie auf ländliche und wenig erforschte Regionen auf der ganzen Welt ausweiten.
„In den meisten Regionen der Welt gibt es keine Überwachungsprogramme für die Grundwasserförderung“, sagt Majumdar. „Diese Art von Daten sind entscheidend, um das Problem auf globaler Ebene zu verstehen.“
Die Studie ergab, dass die Vereinigten Staaten, China und der Iran für den größten Teil des weltweiten Grundwasserspeicherverlusts verantwortlich sind, wobei in einigen Regionen Landsenkungen von mehr als 5 cm pro Jahr zu verzeichnen sind. In Kalifornien und Arizona kommt es aufgrund der Abhängigkeit der Trockenregionen von Grundwasser zur Bewässerung der Feldfrüchte zu erheblichen Bodensenkungen. In Orten wie Mexiko-Stadt ist die Bodensenkung stärker mit der städtischen Grundwassernutzung verbunden.
Die Studie prognostiziert auch hohe Landsenkungsraten sowohl in bewässerten als auch in städtischen Regionen Afghanistans, Usbekistans, Aserbaidschans und Syriens, wo bisher keine Daten die Auswirkungen des Grundwasserentzugs dokumentiert haben.
Obwohl in der Studie davon ausgegangen wird, dass es in den meisten Teilen Europas zu geringen Bodensenkungsraten von weniger als 1 cm pro Jahr kommt, stellen die Autoren fest, dass selbst diese Menge Schäden an der Infrastruktur verursachen und Probleme für Küstenregionen schaffen kann, die ebenfalls vom Anstieg des Meeresspiegels bedroht sind. Weitere Folgen der Landsenkung sind Arsenverunreinigungen und das Eindringen von Salzwasser, die sich beide auf die Qualität des verbleibenden Grundwassers auswirken können.
Das Problem sei nicht auf trockene Regionen beschränkt, stellen die Studienautoren fest, da die Senkung in allen feuchten Klimazonen wie Bangladesch, Indien und Vietnam kartiert sei. Dies unterstreicht die hohe Abhängigkeit vom Grundwasser auch in Regionen mit reichlich Niederschlägen.
Die Wissenschaftler hoffen, dass Wassermanager ihre Daten nutzen können, um Ausmaß und Ausmaß des in ihrer Region auftretenden Grundwasserspeicherverlusts zu verstehen.
Mehr Informationen:
Md Fahim Hasan et al.: Die weltweite Kartierung der Landsenkungen zeigt einen weit verbreiteten Verlust der Speicherkapazität des Grundwasserleiters. Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-41933-z