Люди оказали значительное влияние на планету, от расчистки лесов для сельского хозяйства и урбанизации до изменения химического состава атмосферы с помощью ископаемого топлива. Теперь новое исследование в журнале Nature впервые раскрывает степень влияния человека на глобальный водный цикл.

В исследовании использовался спутник NASA Ice, Cloud and Land Elevation Satellite (ICESat-2) для сбора крупнейшего в истории набора данных о сезонных уровнях воды в более чем 227 000 озерах, прудах и водохранилищах по всему миру. Данные показывают, что, хотя управляемые человеком водохранилища составляют лишь небольшой процент всех водных объектов, на их долю приходится 57% всех сезонных изменений запасов воды во всем мире.

"Мы склонны думать о круговороте воды как о чисто естественной системе: дождь и таяние снега стекают в реки, которые текут к океану, где испарение снова начинает весь цикл", - сказала Сара Кули, постдокторский исследователь из Стэнфордского университета, которая запустила исследовательский проект, будучи аспиранткой Университета Брауна. - Но на самом деле люди существенно вмешиваются в этот цикл. Наша работа показывает, что люди ответственны за большую часть сезонной изменчивости запасов поверхностных вод на Земле."

Кули руководил работой вместе с Лоуренсом Смитом, профессором экологических наук в Брауне, и Джонни Райаном, аспирантом Института окружающей среды и общества в Брауне.

Исследователи говорят, что это исследование обеспечивает критическую исходную базу для отслеживания глобального гидрологического цикла, поскольку изменение климата и рост населения создают новую нагрузку на пресноводные ресурсы.

Экстраординарный набор данных

Запущенный на орбиту в 2018 году, основной задачей ICESat-2 является отслеживание изменений толщины и высоты ледяных щитов по всему миру. Он делает это с помощью лазерного высотомера, который использует импульсы света для измерения высоты с точностью до 25 миллиметров. Кули, у которого есть опыт использования спутников для изучения уровня воды в арктических озерах, был заинтересован в том, чтобы использовать точные измерительные возможности спутника для измерения уровня озер во всем мире.

Кули говорит, что лазерный высотомер ICESat-2 имеет гораздо большее разрешение, чем приборы, используемые для измерения уровня воды в прошлом. Это позволило собрать большой, точный набор данных, который включал небольшие пруды и водохранилища.

"Со старыми спутниками вы должны усреднять результаты на большой площади, что ограничивает наблюдения только самыми большими озерами в мире", - сказал Кули. "У ICESat есть небольшой след, поэтому мы можем получить уровни для небольших озер, к которым мы не могли приблизиться раньше. Это было важно для понимания глобальной динамики водных ресурсов, поскольку большинство озер и водохранилищ довольно малы."

С октября 2018 года по июль 2020 года спутник измерил уровень воды в 227 386 водоемах размером от американских Великих озер до прудов площадью менее одной десятой квадратной мили. Каждый водоем наблюдался в разное время года для отслеживания изменений уровня воды. Исследователи сопоставили наблюдаемые ими водные объекты с базой данных водохранилищ по всему миру, чтобы определить, какие водные объекты контролируются человеком, а какие являются естественными.

В то время как такие страны, как США и Канада, измеряют уровни водохранилищ и делают эту информацию общедоступной, многие страны не публикуют такие данные. И очень немногие озера и пруды, не являющиеся водохранилищами, вообще измеряются. Таким образом, не было никакого способа сделать этот анализ без точных спутниковых наблюдений, сказали исследователи.

Овладение круговоротом воды

Исследование показало, что в то время как естественные озера и пруды менялись сезонно в среднем на 0,22 метра, управляемые человеком водохранилища менялись на 0,86 метра. Вместе взятые, гораздо большая вариация в водохранилищах по сравнению с естественными озерами означает, что водохранилища составляют 57% от общей вариации. Однако в некоторых местах человеческое влияние было даже сильнее. Например, в засушливых регионах, таких как Ближний Восток, Американский Запад, Индия и Южная Африка, изменчивость, приписываемая человеческому контролю, достигает 90% и выше.

"Из всех изменений объема пресноводных водоемов по всей планете—все наводнения, засухи и таяние снега, которые толкают уровень озер вверх и вниз,—люди захватили почти 60% этой изменчивости", - сказал Смит. - Это огромное влияние на круговорот воды. С точки зрения воздействия человека на планету, это прямо связано с воздействием на почвенный покров и химию атмосферы."

Как говорят исследователи, эти результаты станут первой глобальной количественной оценкой антропогенного воздействия на водный цикл и послужат важной основой для будущих исследований того, как это воздействие влияет на экосистемы во всем мире.

В отдельном исследовании, опубликованном недавно в журнале Geophysical Research Letters, исследовательская группа смогла использовать данные ICESat-2, чтобы пролить свет на то, как используется пластовая вода. Исследование показало, что в таких местах, как Ближний Восток, уровень водохранилищ, как правило, ниже летом и выше зимой. Это говорит о том, что вода высвобождается в сухой сезон для орошения и питьевой воды. Напротив, тенденция в таких местах, как Скандинавия, была противоположной. Там зимой выпускают воду, чтобы сделать гидроэлектростанцию для отопления.

"Это был исследовательский анализ, чтобы увидеть, можем ли мы использовать дистанционное зондирование, чтобы понять, как резервуары используются в глобальном масштабе", - сказал Райан.

Смит говорит, что он ожидает, что спутники будут играть все большую роль в изучении круговорота воды на Земле. В течение последних нескольких лет он работал с НАСА над миссией по топографии поверхностных вод и океанов, которая будет полностью посвящена этому виду исследований.

"Я думаю, что в течение следующих трех лет мы увидим взрыв высококачественных спутниковых гидрологических данных, и у нас будет гораздо лучшее представление о том, что происходит с водой по всей планете",-сказал Смит. "Это будет иметь последствия для безопасности, трансграничных водных соглашений, прогнозирования будущего урожая и многого другого. Мы стоим на пороге нового понимания гидрологии нашей планеты."

ИСТОЧНИК