Ce s-a întâmplat după ce oamenii de știință au folosit tehnologia de cutremure pentru a măsura apa din subteran?

Cercetătorii de la Caltech au dezvoltat o tehnică inovatoare pentru a măsura nivelurile apelor subterane din zona vadoasă, regiunea superficială dintre suprafață și acviferele subterane de unde plantele și culturile își accesează apa prin rădăcini. 

Această metodă utilizează tehnologia seismică, folosită în mod obișnuit pentru a măsura cutremurele, dar care poate detecta și vibrațiile cauzate de activitățile umane, cum ar fi traficul.

• Ce se întâmplă cu creierul atunci când lucrezi în echipă?
• Locul în care trăiești influențează ce greutate ai, arată un nou studiu

Pe măsură ce aceste vibrații se deplasează prin sol, viteza lor este redusă de prezența apei; cu cât umiditatea este mai mare, cu atât vibrațiile se mișcă mai lent. Noul studiu utilizează vibrațiile seismice generate de traficul zilnic pentru a măsura nivelurile apelor subterane din zona vadoasă. Tradițional, măsurarea fluctuațiilor de umiditate subterană în timp și pe diferite regiuni s-a bazat pe imagini din satelit, care oferă doar medii de rezoluție scăzută și nu pot pătrunde sub suprafață.

În plus, nivelurile de umiditate din zona vadoasă se pot schimba rapid; o furtună poate satura zona, care apoi se poate usca în câteva zile.

Nivelurile apelor subterane, măsurate cu tehnologie pentru cutremure

Noua metodă, bazată pe o tehnică dezvoltată în laboratorul seismologului Zhongwen Zhan numită detectare acustică distribuită (DAS), oferă o soluție. Această tehnică implică direcționarea laserelor prin cabluri de fibră optică neutilizate, similare cu cele folosite pentru serviciile de internet.

Pe măsură ce undele seismice sau orice alte vibrații trec prin cablu, lumina laser se îndoaie și se refractă. Prin măsurarea acestor schimbări ale luminii laser, cercetătorii pot aduna informații detaliate despre undele care trec, transformând efectiv un cablu de 10 kilometri într-o linie de mii de senzori seismici convenționali. După cutremurul de magnitudine 7,2 din Ridgecrest, California, din 2019, Zhan a instalat un sistem DAS pe un cablu din apropiere pentru a măsura replicile. Colaborând cu hidrologul Xiaojing Fu, echipa a descoperit că sistemul poate urmări și schimbările în vibrațiile subterane legate de conținutul de apă din sol.

Pe parcursul a cinci ani, cercetătorii au colectat date și au dezvoltat modele care arată cum variază umiditatea în zona vadoasă de-a lungul timpului. În timpul secetei istorice din California din 2019 până în 2022, oamenii de știință au observat o scădere semnificativă a umidității în zona vadoasă, cu o rată de 0,25 metri pe an, depășind precipitațiile medii anuale.

„Din primii 20 de metri de sol din regiunea Ridgecrest, putem extrapola pentru întregul deșert Mojave”, spune Yan Yang, coautoare a studiului.

„Estimarea noastră aproximativă este că în fiecare an, zona vadoasă din Mojave pierde o cantitate de apă echivalentă cu cea din Barajul Hoover. În anii de secetă din 2019 până în 2022, zona vadoasă a devenit din ce în ce mai uscată”, continuă Yang. Această metodă este cea mai recentă inovație în încercarea de a măsura umiditatea solului.

Importanța măsurării apelor subterane

Recent, NASA a lansat două misiuni pionierat în orbita joasă a Pământului pentru a demonstra tehnologii inovatoare pentru observarea gazelor atmosferice și pentru măsurarea apei dulci.

Una dintre aceste misiuni, Signals of Opportunity P-Band Investigation (SNoOPI), implică un receptor radio cu zgomot redus care testează o metodă nouă pentru măsurarea umidității solului în zona rădăcinilor. sistemul utilizează semnale radio de la sateliți comerciali, toate împachetate într-un CubeSat 6U compact, de dimensiunea unei cutii de pantofi.

„Monitorizând nivelurile apelor subterane, obținem o bună înțelegere a creșterii culturilor. Putem, de asemenea, monitoriza irigarea mai inteligent”, a spus James Garrison, profesor de aeronautică și astronautică la Universitatea Purdue (SUA) și investigator principal al SNoOPI.

Măsurarea în timp real a umidității din zona vadoasă este esențială pentru strategiile eficiente de gestionare și conservare a apei, notează Interesting Engineering. Echipa Zhan-Fu plănuiește să extindă utilizarea acestei tehnologii și în alte regiuni din afara zonelor deșertice.

„Știm că această metodă funcționează foarte bine pentru acest loc. Multe alte regiuni interesante cu același climat ar putea avea procese hidrologice diferite, cum ar fi centrul Californiei, unde operațiunile agricole extrag apă, dar regiunea primește și zăpadă topită din munții Sierra Nevada”, spune Fu.

Studiul a fost publicat în Nature Communications.

Vă recomandăm să citiți și:

Un biomaterial pe bază de banane ar putea ajunge în mașini și biciclete

Apa de băut din Europa este contaminată cu chimicale eterne

Copacii au devenit o sursă ascunsă de poluare a aerului în Los Angeles

Inginerii au descoperit cum să stocheze CO2 în beton fără a-i compromite rezistența