Новое исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Университета Хьюстона, показывает значительную потерю грунтовых вод в Центральной долине Калифорнии во время недавней засухи и вызывает вопросы об устойчивости этого важного сельскохозяйственного района.
Исследователи отслеживали чистое потребление подземных вод в Центральной долине с 2002 по 2016 год, включая две засухи, одну с 2007 по 2009 год и более сильную засуху с 2012 по 2016 год. Центральная долина Калифорнии простирается более чем на 18 000 квадратных миль от побережья до гор Сьерра-Невада и является одним из крупнейших сельскохозяйственных центров в Соединенных Штатах, обеспечивающим более половины урожая фруктов, овощей и орехов в США.
Во время двух засушливых периодов было потеряно в общей сложности 16,5 кубических километров и 40 кубических километров воды, соответственно, согласно исследованию, опубликованному в Geophysical Research Letters. Недавняя засуха привела к потере более 10 кубических километров воды в год. Исследователи связывают это с уменьшением количества осадков и таянием снега, изменением типа выращиваемых культур и повышением температуры.
«В перспективе количество материала, связанного с извержением вулкана Сент-Хеленс в 1980 году, составило около одного кубического километра», - сказал Деннис Леттенмайер, профессор географии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который руководил исследованием. «Итак, во время недавней засухи мы говорим примерно в 40 раз больше».
Во время засухи фермеры Центральной долины вынуждены использовать колодцы для замены воды, которая обычно поступает из бассейна реки Колорадо и гор Сьерра-Невада. В дополнение к серьезности истощения грунтовых вод, засуха 2012-2016 годов совпала с тем, что фермеры Центральной долины перешли с пропашных культур на более ценные и требовательные к воде культуры, такие как миндаль, фисташки и грецкие орехи, которые выращивают в рощах. В отличие от пропашных культур, древесные культуры нельзя оставлять под паром в засушливые годы, не подвергая опасности деревья и, следовательно, будущие урожаи.
Увеличение потерь подземных вод произошло даже при сокращении площади орошаемых земель, которая с 2007 по 2009 год уменьшилась на 7 процентов по сравнению с засухой 2012-2016 годов. По словам Леттенмайера, более высокие температуры во время недавнего периода засухи и переход от пропашных к древесным культурам стали причиной большей части увеличения потерь грунтовых вод между двумя засухами и более чем компенсировали последствия сокращения орошаемых земель.
Использование подземных вод для орошения сельскохозяйственных культур в Центральной долине является хорошо задокументированной и острой проблемой в Калифорнии. По оценкам, в этом районе насчитывается около 100 000 или более частных колодцев, некоторые из которых были построены в 1930-х годах, и многие из них не контролируются государственными или федеральными агентствами.
Использование подземных вод для орошения сельскохозяйственных культур имеет экологические и экономические последствия, сказал Леттенмайер. Проседание вызывает беспокойство, потому что по мере снижения уровня грунтовых вод почва уплотняется. А более низкий уровень грунтовых вод увеличивает затраты фермеров на насосы.
«Откачка грунтовых вод во время засухи не является неразумной стратегией», - сказал Леттенмайер. «Но проблема в том, что для того, чтобы иметь устойчивую систему, вы должны в какой-то момент ее пополнить, а по сути нет никакого плана для этого».
В сложной системе прав на воду в Калифорнии, некоторые из которых находятся в ведении федерального правительства, использование подземных вод практически не регулируется. Но в 2014 году в Калифорнии был принят закон, требующий от местных планировщиков земель и фермеров создать (или присоединиться к существующей) организации по обеспечению устойчивости подземных вод к концу этого года. У них есть время до 2022 года, чтобы разработать планы по стабилизации бассейнов подземных вод к 2040 году.
«Справедливо предположить, что будет еще одна засуха, и справедливо предположить, что во время этой засухи также будут использоваться грунтовые воды; колодцы уже есть», - сказал Леттенмайер. «Теперь, когда эта последняя засуха стоит в зеркале заднего вида, все еще остаются вопросы о том, насколько естественное восстановление грунтовых вод мы можем ожидать, и как будет управляться вода в Центральной долине».
В исследовании учитывалась эвапотранспирация, то есть вода, выбрасываемая в воздух в результате испарения растений и почвы, а также осадки и поверхностные воды, впадающие в Центральную долину и вытекающие из нее.
Исследователи использовали два метода для отслеживания уровня грунтовых вод, традиционные оценки водного баланса, которые учитывают приток поверхностных вод, таких как осадки и таяние снега, влагоемкость почвы и суммарное испарение, а также данные двойной спутниковой системы НАСА под названием GRACE (Gravity Recovery). и климатический эксперимент).
«Для этого исследования GRACE послужила уникальным инструментом, который предоставил информацию об изменениях объема воды непосредственно из космоса и подтвердил оценки водного баланса», - сказал Хёнки Ли, соавтор исследования и профессор гражданская и экологическая инженерия в Хьюстонском университете.
Оценки GRACE совпадают с оценками водного баланса с некоторыми отклонениями. По оценкам данных GRACE, потеря грунтовых вод с 2012 по 2016 год составила 11,2 кубических километра в год по сравнению с оценками водного баланса в 10 кубических километров в год. И если данные водного баланса показали некоторое восстановление запасов подземных вод в незасушливые годы, то данные GRACE этого не отражают. Измерения GRACE охватывают площадь, примерно в четыре раза превышающую площадь Центральной долины.
«Хотя оценки объема подземных вод, основанные как на водном балансе, так и на основе GRACE, подвержены ошибкам, относительно небольшая площадь Центральной долины в глазах GRACE также может быть причиной этого несоответствия восстановления», - сказал Ли.
Исследователи надеются, что будущие исследования позволят выяснить, насколько реальное восстановление произошло между засухами и идет ли восстановление после последней засухи для пополнения системы.