À medida que as mudanças climáticas aumentam o número de eventos climáticos extremos, como as megasecas, a gestão das águas subterrâneas é fundamental para sustentar o abastecimento de água. Mas as ferramentas atuais de monitoramento de águas subterrâneas são caras ou insuficientes para aquíferos mais profundos, limitando nossa capacidade de monitorar e praticar o manejo sustentável em áreas povoadas.
Agora, um novo artigo publicado na Nature Communications une sismologia e hidrologia com um aplicativo piloto que usa sismômetros como uma maneira econômica de monitorar e mapear as flutuações das águas subterrâneas.

"Nossas medições são independentes e complementares às observações tradicionais", diz Shujuan Mao Ph.D., principal autor do artigo. "Ele fornece uma nova maneira de ditar a gestão das águas subterrâneas e avaliar o impacto da atividade humana na formação de sistemas hidrológicos subterrâneos".

Mao, atualmente bolsista de pós-doutorado Thompson no departamento de Geofísica da Universidade de Stanford, conduziu a maior parte da pesquisa durante seu doutorado. no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT. Outros colaboradores do artigo incluem o chefe do departamento da EAPS e o professor Schlumberger de Ciências da Terra e Planetárias Robert van der Hilst, bem como Michel Campillo e Albanne Lecointre do Institut des Sciences de la Terre, na França.

Embora existam alguns métodos diferentes atualmente usados ​​para medir as águas subterrâneas, todos eles apresentam desvantagens notáveis. As cabeças hidráulicas, que perfuram o solo e os aquíferos, são caras e só podem fornecer informações limitadas no local específico em que são colocadas. Técnicas não invasivas baseadas em sensoriamento aéreo ou por satélite carecem da sensibilidade e resolução necessárias para observar profundidades mais profundas.

Mao propõe o uso de sismógrafos, que são instrumentos usados ​​para medir as vibrações do solo, como as ondas produzidas por terremotos. Eles podem medir a velocidade sísmica, que é a velocidade de propagação das ondas sísmicas. As medições de velocidade sísmica são exclusivas do estado mecânico das rochas, ou as formas como as rochas respondem ao seu ambiente físico, e podem nos dizer muito sobre elas.

A ideia de usar a velocidade sísmica para caracterizar mudanças de propriedades em rochas tem sido usada há muito tempo em análises em escala de laboratório, mas apenas recentemente os cientistas conseguiram medi-la continuamente em configurações geológicas de escala realista. Para o monitoramento do aquífero, Mao e sua equipe associam a velocidade sísmica com a propriedade hidráulica, ou teor de água, nas rochas.

As medições de velocidade sísmica fazem uso de campos sísmicos ambientais, ou ruído de fundo, registrados por sismógrafos. “A superfície da Terra está sempre vibrando, seja devido às ondas do mar, ventos ou atividades humanas”, explica ela. "Na maioria das vezes, essas vibrações são muito pequenas e são consideradas 'ruído' pelos sismólogos tradicionais. Mas nos últimos anos os cientistas mostraram que os registros contínuos de ruído de fato contêm uma riqueza de informações sobre as propriedades e estruturas do interior da Terra."

Para extrair informações úteis dos registros de ruído, Mao e sua equipe usaram uma técnica chamada interferometria sísmica, que analisa a interferência das ondas para calcular a velocidade sísmica do meio pelo qual as ondas passam. Para sua aplicação piloto, Mao e sua equipe aplicaram essa análise em bacias na região metropolitana de Los Angeles, uma área que sofre com o agravamento da seca e uma população crescente.

Ao fazer isso, Mao e sua equipe puderam ver em alta resolução como os aquíferos mudaram fisicamente ao longo do tempo. Suas medições de velocidade sísmica verificaram as medições feitas por cabeças hidráulicas nos últimos 20 anos, e as imagens combinaram muito bem com os dados de satélite. Eles também puderam ver diferenças em como as áreas de armazenamento mudaram entre os municípios da área que usaram diferentes práticas de bombeamento de água, o que é importante para o desenvolvimento do protocolo de gestão da água.

Mao também chama o uso de sismógrafos de um acordo de "compre um e leve de graça", uma vez que os sismógrafos já estão em uso para estudos tectônicos e de terremotos não apenas na Califórnia, mas em todo o mundo, e podem ajudar a "evitar o custo caro de perfuração e manutenção dedicada poços de monitoramento de águas subterrâneas", diz ela.

Mao enfatiza que este estudo é apenas o começo da exploração de possíveis aplicações da interferometria de ruído sísmico desta forma. Ele pode ser usado para monitorar outros sistemas próximos à superfície, como sistemas geotérmicos ou vulcânicos, e Mao está atualmente aplicando-o a campos de petróleo e gás. Mas em lugares como a Califórnia, que atualmente enfrenta megasecas, e que dependem das águas subterrâneas para grande parte de suas necessidades de água, esse tipo de informação é fundamental para o gerenciamento sustentável da água.

“É realmente importante, especialmente agora, caracterizar essas mudanças no armazenamento de águas subterrâneas para que possamos promover a formulação de políticas informadas por dados para ajudá-los a prosperar sob o crescente estresse hídrico”, diz ela. + Explorar mais

Potencial de modos de vazamento para revelar a estrutura subterrânea

Esta história foi republicada como cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisa, inovação e ensino do MIT.