В ходе недавнего исследования ученые установили, что ранее не измеряемый источник - вода, просачивающаяся сквозь почву и трещиноватые породы под горами Сьерра-Невада в Калифорнии - ежегодно поставляет в Центральную долину штата в среднем 4 миллиона акров футов (5 кубических километров) воды. На этот подземный источник приходится около 10% всей воды, которая ежегодно поступает в эти высокопродуктивные сельскохозяйственные угодья из всех источников (включая речные притоки и осадки).

Центральная долина занимает всего 1% сельскохозяйственных угодий США, но ежегодно производит 40% столовых фруктов, овощей и орехов в стране. Это возможно только благодаря интенсивной откачке грунтовых вод для орошения, а также речному и ручейковому стоку, удерживаемому в водохранилищах. На протяжении как минимум 60 лет сельхозпроизводители выкачивают из водоносных горизонтов больше воды, чем может быть восполнено из природных источников, что приводит к понижению уровня грунта и требует бурения скважин все глубже и глубже.

Поскольку из-за изменения климата и использования человеком воды в Центральной долине становится все меньше, более детальное понимание естественного движения грунтовых вод дает шанс лучше защитить оставшиеся ресурсы.

В недавно опубликованном исследовании, проведенном под руководством ученого Дональда Аргуса из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, ученые обнаружили, что объем грунтовых вод колеблется между сухими и влажными годами в более широких пределах, чем считалось ранее. В частности, ученые отметили большую потерю грунтовых вод в засушливые годы, чем предполагалось в предыдущих исследованиях. Аргус и его коллеги подсчитали, что в период с 2006 по 2021 год Центральная долина теряла около 1,8 миллиона акровых футов (2,2 кубических километра) подземных вод в год.

Не существует способа напрямую измерить общий объем воды на территории Центральной долины и под ней, но спутники миссий Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) и GRACE Follow-On (GRACE FO) могут точно измерить, насколько этот объем меняется от месяца к месяцу. Аргус и его коллеги уже несколько лет работают над тем, чтобы объединить такие данные GRACE с наблюдениями из исследовательской сети GPS, которая измеряет, как поднимается и опускается поверхность земли. В центральной Калифорнии эти движения в основном вызваны увеличением и уменьшением подземных вод.

Ранее Аргус уже использовал GPS для количественной оценки изменения объема воды в глубине Сьерры. В новом исследовании он и его соавторы использовали измерения GPS и GRACE и вычли изменения грунтовых вод в горах из изменений грунтовых вод как в горах, так и в долине, чтобы получить более точную оценку изменений только в долине.

Затем они сравнили это число с оценкой, которую соавтор Сарфараз Алам, постдокторант Стэнфордского университета, рассчитал с помощью модели водного баланса. Такие модели пытаются учесть всю воду, поступающую и покидающую территорию в результате всех процессов, включая речные потоки, осадки, испарение и откачку воды из скважин. Разница между оценкой модели и новым результатом, по их мнению, должна быть обусловлена единственным процессом, который не был включен в водно-балансовую модель: подземные воды, стекающие с гор в долину.

По словам Аргуса, объем притока был неожиданным, поскольку исследователи считали, что уже имеют хорошее представление о количестве воды, поступающей в Центральную долину и уходящей из нее. "Теперь мы знаем, сколько грунтовых вод поступает и выводится из водоносных горизонтов в каждое время года, в периоды засухи и обильных осадков", - сказал Аргус. Это новое понимание может быть использовано, например, для изменения существующих ограничений на полив в засушливые годы по сравнению с влажными, чтобы лучше соотнести использование с имеющимися ресурсами подземных вод".

Работа опубликована в журнале Geophysical Research Letters.