Ученые обнаружили, что темпы истощения подземных вод в Центральной долине Калифорнии резко ускорились во время засухи, поскольку интенсивная сельскохозяйственная откачка привела к снижению уровня водоносных горизонтов до новых минимумов и теперь угрожает опустошить запасы подземных вод.

Исследование показывает, что хроническое снижение уровня грунтовых вод, которое десятилетиями преследовало Центральную долину, значительно усилилось в последние годы, причем особенно быстрое снижение произошло с 2019 года.

"У нас настоящий кризис", - сказал Джей Фамильетти, профессор гидрологии и исполнительный директор Глобального института водной безопасности Университета Саскачевана. "Подземные воды Калифорнии и всей юго-западной части США исчезают гораздо быстрее, чем большинство людей осознает".

Фамильетти и другие ученые обнаружили в своем исследовании, которое было опубликовано в этом месяце в журнале Nature Communications, что с 2019 года темпы истощения подземных вод были на 31% выше, чем во время последних двух засух.

Они также обнаружили, что потери грунтовых вод в Центральной долине с 2003 года составили примерно 36 миллионов акро-футов, или примерно в 1,3 раза больше полной емкости озера Мид близ Лас-Вегаса, крупнейшего водохранилища страны.

"Траектория, по которой мы сейчас движемся, - это траектория 100%-ного исчезновения", - сказал Фамильетти. "Это вода для будущих поколений. И это исчезает".

Исторический закон Калифорнии об устойчивом управлении подземными водами был принят в 2014 году с целью сдерживания избыточного давления и стабилизации уровней водоносных горизонтов. Но закон, известный как SGMA, дает многим местным агентствам время до 2040 года для достижения целей устойчивого развития.

Фамильетти сказал, что полученные результаты указывают на то, что сроки могут быть слишком длинными, указывая на необходимость ускорить внедрение регулирования в соответствии с законом. Нынешние темпы потерь грунтовых вод в настоящее время почти в пять раз превышают средний долгосрочный показатель с 1960-х годов.

"Мы наблюдаем то, что, по-видимому, является стремлением откачать как можно больше подземных вод, прежде чем вступят в силу новые ограничения", - сказал Фамильетти. "Я боюсь, что к тому времени, когда SGMA будет полностью внедрена, будет слишком поздно. Не останется ничего, чем можно было бы управлять".

Прилив грунтовых вод приходится на самый засушливый трехлетний период, когда-либо зафиксированный в Калифорнии, а также на более масштабный мегадождь, усугубленный глобальным потеплением, которое накрывало американский Юго-запад в течение 23 лет.

Во время засухи, когда из рек и каналов поступает меньше воды, сельское хозяйство в Центральной долине обычно зависит от грунтовых вод на две трети или более своих запасов воды.

Исследование включало анализ почти двадцатилетних данных двух спутниковых миссий НАСА, последняя из которых называется GRACE Follow-On. Пара спутников, запущенных на орбиту в 2018 году, отслеживает изменения в гравитационном поле Земли для измерения изменений общего количества воды над и под землей.

Ученые изучили другие данные о влажности почвы, поверхностных водах и снежном покрове, чтобы оценить потери грунтовых вод, и сравнили свои результаты с оценками компьютерной модели, разработанной Геологической службой США. Они сравнили нынешнюю засуху с сентября 2019 года по декабрь 2021 года с более ранними засушливыми периодами 2006-2011 и 2011-2017 годов.

Данные за последние два десятилетия свидетельствуют о последовательном снижении среднего уровня воды ступенчато, с краткими периодами дождей, которые лишь временно замедляли снижение.

"Уровень водного стресса в Калифорнии становится все выше", - сказал Панг-Вей Лю, ученый НАСА и ведущий автор исследования. "Темпы истощения подземных вод становятся все быстрее, особенно в эти пять, 10 лет".

Центральная долина является одним из крупнейших сельскохозяйственных регионов мира, где производят миндаль, фисташки, виноград, грецкие орехи, мандарины, рис и другие культуры, а также крупный рогатый скот и молочные продукты.

Ускоряющиеся темпы снижения уровня грунтовых вод совпали со сдвигами в посевах. Согласно федеральным данным, посевные площади миндальных садов в штате выросли с 760 000 акров в 2011 году до 1,3 миллиона акров в 2021 году. Фермеры также посадили больше фисташковых садов.

Фамильетти сказал, что, по его мнению, недавнее ускорение снижения уровня воды, вероятно, вызвано, по крайней мере частично, тем, что фермеры сажают прибыльные садовые культуры и бурят более глубокие скважины "до того, как ударит молот" с ограничениями в соответствии с законом о подземных водах. С момента принятия SGMA в долине были пробурены тысячи новых сельскохозяйственных скважин.

Стремление пробурить больше ирригационных скважин и в большей степени полагаться на грунтовые воды создало проблемы для более мелких бытовых скважин. В этом году в штате было зарегистрировано более 1400 сухих скважин, что является самым высоким показателем с тех пор, как официальные лица начали отслеживать сообщения о сухих скважинах в 2013 году.

Исследование показывает, что жизненно важно, чтобы Калифорния продолжала продвигаться вперед в реализации закона, который требует, чтобы местные агентства разрабатывали планы по подземным водам и добивались прогресса в достижении своих целей, сказала Фелиция Маркус, исследователь из Стэнфордского университета, которая ранее возглавляла Государственный совет по контролю за водными ресурсами. Она сказала, что исследование является "ярким напоминанием о том факте, что нам нужно действовать, и что нам нужна структура, которая позволяет людям действовать".

По ее словам, борьба с чрезмерным использованием будет иметь решающее значение, поскольку изменение климата приводит к более частым и интенсивным засушливым периодам.

"С SGMA у нас есть надежда на будущее, в котором дети и внуки людей смогут заниматься сельским хозяйством и жить в Центральной долине", - сказал Маркус. "Рамки и регулирование будут иметь важное значение".

Тем временем люди в сельских общинах Центральной долины продолжают страдать от последствий, поскольку все больше колодцев лопаются и пересыхают. Многие жители, которые живут с сухими кранами, в ожидании решений полагаются на воду в бутылках, бытовые баки и воду, доставляемую грузовиками.

Осушение водоносного горизонта приводит к оседанию части дна долины. Поскольку понижающийся уровень воды оставляет подземные пространства в слоях гравия, песка и глины, грунт разрушается и постоянно уменьшает способность водоносного горизонта накапливать воду. В некоторых частях долины земля проседает примерно на 1 фут каждый год, что приводит к повреждению каналов и колодцев.

Исследователи обнаружили, что потери грунтовых вод намного превышают сокращение поверхностных вод, снега и влажности почвы.

"Калифорния теряет воду, и причиной тому являются грунтовые воды", - сказал Фамильетти. "Это действительно трагедия общин".

Ученые проанализировали тенденции в трех районах Центральной долины — бассейнах Сакраменто, Сан—Хоакин и Туларе - и обнаружили, что северный бассейн Сакраменто, в котором ранее дела шли лучше, чем в южных районах, также подвергается истощению подземных вод.

"Подавляющее большинство калифорнийских вод - это подземные воды. Тот факт, что он исчезает со скоростью, которая почти в 5 раз превышает исторические показатели, эквивалентен неограниченному снятию средств с банковского счета", - сказал Фамильетти.

Этот сберегательный счет на воду, по его словам, жизненно важен для преодоления засух и является важнейшим ресурсом для будущего Калифорнии. Он сказал, что замедление темпов забора будет иметь важное значение для сохранения подземных вод для будущих поколений.

Фамильетти, ведущий исследователь исследования, ранее был старшим специалистом по воде в Лаборатории реактивного движения НАСА. В прошлых исследованиях он и другие ученые использовали спутниковые измерения НАСА, чтобы оценить, насколько быстро извлекаются подземные воды в Калифорнии и по всему бассейну реки Колорадо. Он изучал истощение подземных вод в регионах, где выращиваются продукты питания, по всему миру, от Южной Азии до Ближнего Востока и водоносного горизонта Огаллала под Великими равнинами.

В январе он приступит к новой работе в качестве профессора в Университете штата Аризона.

Во многих частях США и других стран подземные воды остаются плохо управляемыми или полностью неуправляемыми. Поскольку скважины продолжают снижать уровень воды, снижение уровня воды остается в значительной степени незаметным и недооцененным. Используя спутниковые измерения для отслеживания подземных вод, Фамильетти и другие исследователи обнаружили широко распространенные и усугубляющиеся проблемы истощения во многих основных регионах мира, производящих продовольствие.

Фамильетти сказал, что руководящая цель исследования - "сделать невидимое видимым".

По его словам, данные показывают ужасную картину в Калифорнии и на всем Юго-западе.

"Темпы и масштабы его исчезновения значительно превышают то, что может быть заменено любой схемой управления", - сказал Фамильетти. "Если эти подземные воды исчезнут, то исчезнет и производство продуктов питания. Это означает сокращение производства, нехватку продовольствия, повышение цен на продовольствие".

Фамильетти сказал, что многие другие люди также рискуют потерять доступ к питьевой воде, поскольку из-за падения уровня воды все больше колодцев остаются сухими.

Калифорнийский закон о подземных водах обещает в конечном итоге ввести ограничения на сельскохозяйственное водопользование в Центральной долине, поскольку местные агентства продвигаются к реализации своих планов по обеспечению устойчивого использования подземных вод. На данный момент прокачка еще не подпадает под ограничения в большинстве областей.

Согласно закону, устойчивое управление подземными водами определяется как управление водоснабжением таким образом, чтобы его можно было поддерживать, не "вызывая нежелательных результатов", таких как хроническое снижение уровня подземных вод. Исследователи заявили, что для решения проблемы дефицита грунтовых вод может потребоваться вывод из эксплуатации больших площадей сельскохозяйственных угодий.

Фамильетти сказал, что, по его мнению, у Калифорнии сейчас есть историческая возможность начать управлять подземными водами в Центральной долине и сохранять их до того, как они исчезнут.

"Это быстро исчезает", - сказал он. "Это может быть наш последний шанс в Калифорнии сделать все правильно. И поэтому нам нужно убедиться, что это работает".