A água subterrânea é um recurso fundamental para os usuários de água no Vale Central da Califórnia, um importante pólo agrícola com uma produção econômica de dezenas de bilhões de dólares anualmente. A deformação da superfície no Vale Central tem sido associada a mudanças no armazenamento de água subterrânea, mas o tempo e o movimento do fluxo de água abaixo da superfície têm sido mal compreendidos devido à falta de dados confiáveis.

Agora, pela primeira vez, cientistas da Scripps Institution of Oceanography e School of Global Policy and Strategy da University of California San Diego, assim como o U.S. Geological Survey estão usando dados de satélite avançados para mapear o "pulso" do fluxo de água subterrânea através do Vale de San Joaquin, a porção sul do Vale Central.

Em um novo estudo publicado em 7 de abril em Pesquisa de Recursos Hídricos , os pesquisadores interdisciplinares descrevem como avanços recentes em sensoriamento remoto permitiram o mapeamento detalhado da deformação da superfície no Vale de San Joaquin e mudanças associadas nos recursos hídricos subterrâneos.

O estudo é o primeiro a observar onde e quando as águas subterrâneas da região estão sendo recarregadas - um processo no qual a água da superfície desce através do solo e das rochas rasas, eventualmente sendo adicionado a depósitos subterrâneos chamados de aquíferos. Esta recarga faz com que a superfície suba, à medida que o aqüífero aumenta devido ao aumento do volume de água armazenada.

As descobertas são particularmente oportunas, uma vez que a Califórnia implementa sua Lei de Gestão de Águas Subterrâneas Sustentáveis ​​para melhor compreender e proteger seus recursos hídricos subterrâneos.

"Estudar o movimento da água subterrânea é como uma caixa preta - estamos tentando obter qualquer tipo de informação sobre o que está acontecendo com a água abaixo da superfície, "disse Wesley Neely, um Ph.D. candidato na Oceanografia Scripps e autor principal do estudo. "O conjunto de dados que examinamos neste estudo está nos ajudando a preencher algumas lacunas, e agora podemos mapear a assinatura do fluxo de água subterrânea através do Vale Central em escalas relevantes para as políticas. "

Com base em observações de satélite, a altura da superfície da Terra no Vale Central muda em mais ou menos 2,75 polegadas conforme os níveis de água subterrânea aumentam e diminuem ao longo do ano. Durante a seca, o solo na região pode afundar até 13,7 polegadas por ano.

As novas observações foram feitas usando InSAR (radar interferométrico de abertura sintética) baseado em satélite das missões Sentinel-1 e dados contínuos do Sistema de Posicionamento Global (cGPS). Os pesquisadores usaram as observações de satélite do movimento na superfície da Terra para visualizar o movimento da água no subsolo, mapear com eficiência um importante processo geofísico que, de outra forma, é difícil e caro de observar.

"Esta pesquisa é significativa porque as descobertas nos fornecem uma nova ferramenta para documentar e compreender as mudanças nos sistemas de águas superficiais e subterrâneas conectados, "disse o co-autor do estudo Morgan Levy, professor assistente com nomeação conjunta na Scripps Oceanography e School of Global Policy and Strategy da UC San Diego.

Este trabalho se baseia em um estudo recente de Levy e outros pesquisadores da UC San Diego que usaram imagens baseadas em satélite para monitorar subsidência, ou afundando, no Vale Central, que pode ocorrer quando grandes quantidades de água subterrânea são removidas dos aquíferos.

O Vale de San Joaquin é uma bacia sedimentar, composto de cascalho misturado com camadas de argila e lodo, com bolsas de água enfiadas entre os grãos deste material. À medida que a água é retirada do sistema, a mudança resultante na pressão pode levar ao colapso dos grãos uns sobre os outros, o que pode resultar em subsidência permanente, uma grande preocupação para a região.

"É como um castelo de cartas caindo, "disse Neely." Assim que acontece um colapso, pode ser muito difícil abrir esse espaço novamente. "

Contudo, olhando para os dados de satélite de 2016, um ano seco, e 2017, um ano chuvoso, Neely encontrou algumas regiões específicas no Vale de San Joaquin onde a elevação da superfície sugere caminhos para a recarga do aquífero - onde e quando a água superficial entra nos reservatórios de água subterrânea.

A visão do radar da região proporcionou a Neely e seus colaboradores a oportunidade de construir uma série temporal de imagens que puderam ser estudadas em detalhes. Em vez de focar no grande sinal de subsidência da extração de água subterrânea, os pesquisadores investigaram o sinal sazonal que estava escondido na série temporal. O sinal sazonal fornece informações sobre quando e onde um ponto no solo tem um pico relativo de elevação em um determinado ano, que se traduz em um nível de água subterrânea de pico naquele ponto.

Mapeando este tempo através do vale, eles encontraram regiões onde o pico de elevação correspondeu ao tempo de entrada de água, como o escoamento do rio nas cordilheiras de Sierra Nevada. Dado o momento da elevação e sua proximidade com rios e riachos, isso sugeriu que a recarga do aquífero estava ocorrendo onde grandes quantidades de água fluíam das bacias hidrográficas vizinhas de Sierra Nevada.

Avançar, eles descobriram que se afastando do local de recarga presumida, o momento das mudanças de levantamento de maneiras que podem sugerir caminhos para o fluxo de águas subterrâneas.

"É como observar um pulso viajando pelo aquífero, "disse Neely." Não apenas localizamos regiões onde a recarga sazonal das águas subterrâneas está ocorrendo, mas podemos estimar o tempo de eventos de recarga, onde a água subterrânea pode fluir após entrar no subsolo, e como essa resposta muda durante os anos de água seca e úmida. "

Este estudo fornece uma nova visão sobre um sistema de aquífero que pode ser usado para restringir os modelos de água subterrânea e subsidência.

"A parte mais interessante da pesquisa foi apenas ver - no espaço e no tempo - a conexão física entre as redes de águas superficiais e as mudanças na superfície terrestre impulsionadas pelas águas subterrâneas. Sabemos que as águas superficiais e os aquíferos estão conectados, mas as fontes de dados tradicionais não permitem que você observe essas conexões tão claramente, "disse Levy.

Suas descobertas sobre a distribuição desigual de recarga de água subterrânea no Vale de San Joaquin contradizem a forma como as agências de gestão de água subterrânea estão operando atualmente. As diretrizes atuais presumem que todos estão recebendo quantidades equivalentes de recarga.

Os pesquisadores disseram que suas descobertas têm sérias implicações sobre como as agências de água devem pensar sobre como coordenar seus esforços para alcançar as metas de sustentabilidade estabelecidas pelo estado. Embora este estudo tenha sido realizado na Califórnia, as metodologias descritas são amplamente aplicáveis ​​aos sistemas de aquíferos regionais em todo o mundo.