Глобальные изменения мировых запасов пресной воды

16 мая 2018



В новом глобальном спутниковом исследовании распределения на Земле пресной воды обнаружено, что влажные районы Земли становятся более влажными, а засушливые районы все больше высыхают. Полученные данные свидетельствуют о том, что это обусловлено множеством факторов, в том числе мелиорацией, антропогенными изменениями климата и природными климатическими циклами.

Глобальная карта наземных пресноводных ресурсов, полученная в феврале 2016 года в результате использования данных GRACE.

Исследовательская группа, возглавляемая НАСА, которая включала Хироко Бодуана, специалиста факультета университета Междисциплинарного центра науки о Земле штата Мэриленд (ESSIC), использовала 14-летние наблюдения миссии Gravity Recovery and Climate Experiment — GRACE (космический эксперимент по изучению климата и гравитационных возмущений) для отслеживания глобальных тенденций в распределения пресной воды в 34 регионах мира.

В исследовании, опубликованном в выпуске журнала Nature от 17 мая 2018 года, также были включены данные об осадках, полученные со спутника, запущенного в рамках глобального проекта по климатологии осадков, возглавляемого ESSIC; ряд изображений земной поверхности со спутника, предоставленные НАСА и Службой геологических изысканий США; карты орошения; опубликованные отчеты о деятельности человека, связанной с сельским хозяйством, добычей полезных ископаемых. Период исследования охватывает период с 2002 по 2016 год.

«Это первый раз, когда доступность пресной воды на Земле была оценена посредством использования спутникового наблюдения», — сказал Мэтт Роделл, руководитель лаборатории гидрологических наук в Центре космических полетов имени Годдара НАСА, который является ведущим автором статьи. «Основной целью исследования было выяснить отличие сдвигов в наземном хранении воды, вызванных естественной изменчивостью (периоды влажности и сухие периоды, связанные с Эль-Ниньо и Ла-Нинья, например), от отклонений, связанных с изменением климата или действиями человека, такими как перекачка грунтовых вод из водоносного слоя быстрее, чем он пополняется».

Пресная вода присутствует в озерах, реках, почве, снегу, грунтовых водах и ледниковом льду. Таяние ледников на полюсах, обусловленное изменением климата, ведет к повышению уровня моря. На суше пресная вода является одним из важнейших ресурсов Земли для питья и орошения. И хотя запасы воды в некоторых регионах относительно стабильны, во многих местах наблюдается их увеличение или уменьшение. И нынешнее исследование показало новую, достаточно тревожную тенденцию.

«Мы наблюдаем крупные гидрологические изменения», — сказал соавтор исследования Джеймс Фамиглиетти из Лаборатории реактивного движения НАСА. «Мы впервые наблюдаем, что влажные земельные участки мира, расположенные на высоких широтах, становятся еще более влажными, а тропики и другие сухие районы еще больше высыхают. Внимательно изучая сухие районы, мы обнаружили несколько горячих точек, возникших в результате истощения подземных вод». Фамиглиетти отметил, что, хотя потеря воды в некоторых регионах явно обусловлена ​​эффектами потепления климата, такими как таяние ледников на полюсах и альпийских льдов, нужно время, прежде чем другие модели могут быть однозначно отнесены к изменению климата.

«Модель „влажное увлажняется, а сухое сушится“ предсказана Межправительственной группой по изменению климата на конец XXI века, но нам потребуется гораздо больше данных, чтобы иметь возможность окончательно сказать, что климатические изменения такого рода уже имеются», — сказал Фамиглиетти. «Однако, данная тенденция, безусловно, вызывает беспокойство».

GRACE в 2002 году в качестве совместной миссии с Германским аэрокосмическим центром (DLR) запустил два спутника. Расстояние между спутниками было точно измерено для обнаружения изменений в гравитационном поле Земли, вызванных движениями массы на планете. Используя этот метод, GRACE отслеживал изменения в хранении наземных вод ежемесячно и ежегодно, пока его научная миссия не закончилась в октябре 2017 года. Однако одно только «космическое метеорологическое оборудование» не могло рассказать Боудоуну, Роделлу, Фамиглиетти и их коллегам о том, что вызывает новую тенденцию распределения воды. Спутниковых наблюдений GRACE было не достаточно. «Мы изучали информацию о выпадении осадков, сельскохозяйственной деятельности и перекачке подземных вод, чтобы найти возможное объяснение тенденций, замеченных с помощью GRACE», — сказал Бодуэн.

Одной из главных причин истощения подземных вод было сельское хозяйство, особенно при осложнении ситуации естественными циклами, как это видно в Калифорнии, сказал Фамиглиетти. Дефицит пресной воды, вызванный сильной засухой с 2007 по 2015 год, усугублялся использованием подземных вод для поддержки ферм в Центральной долине штата. Юго-Западная Калифорния теряет 4 гигатонны пресной воды в год за тот же период. Гигатонна (109 тонн) воды является эквивалентом массы воды в 400 000 олимпийских бассейнах. Большинство пресноводных ресурсов Калифорнии происходят из дождя и снега, которые собираются в Сьерра-Неваде в виде снежного покрова. Когда начался естественный период засухи, снежный покров и поверхностные воды уменьшились, и люди стали больше использовать подземные воды.

Тенденция к понижению просматривается и у пресноводных запасов Саудовской Аравии, и это тоже связано с давлением со стороны сельского хозяйства. С 2002 по 2016 год регион терял 6,1 гигатонн в год подземных вод. Серии изображений со спутников показывают рост орошаемых сельскохозяйственных угодий в засушливом ландшафте с 1987 года по настоящее время, что объясняет увеличение перерасхода воды. «Естественные циклы дождливых и сухих лет также могут стать причиной данной тенденции, судя по 14-летней записи данных, которая вряд ли сохранится», — сказал Роделл. Примером может служить западный бассейн Замбези и дельта Окаванго, жизненно важный источник воды для дикой природы на севере Ботсваны. В этом регионе запасы наземных вод увеличивались со средней скоростью 29 гигатонн в год с 2002 по 2016 год. Этому влажному периоду, согласно данным GRACE, предшествовали, по крайней мере, два десятилетия сухости. Роделл считает, что это пример естественной изменчивости, которая наблюдается в течение десятилетий в этом регионе Африки. Исследователи обнаружили, что сочетание естественного и человеческого факторов может привести к сложным сценариям в некоторых регионах. Ранее не задокументированные сокращения воды произошли в северо-западном Китае, в провинции Синь Цзян. Это регион, размером с Канзас, который граничит с Казахстаном на западе и пустыней Такламакан на юге и охватывает центральную часть гор Тянь-Шаня.

Роделл и его коллеги смогли свести воедино несколько факторов и объяснить исчезновение 5,5 гигатонн в год наземных запасов воды в провинции Синь Цзян. Причиной было не только понижение уровня осадков. Часть наземной воды происходит благодаря таянию ледников, вызванному изменением климата, и перекачки подземных вод из угольных шахт. Но эти дополнительные ресурсы были исчерпаны из-за увеличения потребления воды для орошения пахотных земель и испарений речной воды в жарких районах.