Изменение климата сильнее ударит по подземным водам юго-запада США, чем севера

Новое исследование показывает, что подземные водоносные горизонты на юго-западе США пострадают от изменения климата сильнее, чем на севере страны.

Климатические модели предсказывают, что глобальное потепление приведет к уменьшению осадков в таких регионах, как Южная Калифорния, и увеличению дождей на Тихоокеанском Северо-Западе. Однако настоящую угрозу для юго-запада представляет то, что местные подземные воды гораздо чувствительнее к климатическим изменениям, чем водоносные системы северных районов, отмечают ученые.

Современные данные о подземных водах плохо отражают последствия потепления, поскольку люди уже извлекли огромные объемы грунтовых вод. Поэтому исследователи обратились к древним записям, изучив период окончания последнего ледникового периода (2,6 млн – 11 700 лет назад), чтобы понять, какие изменения нас могут ожидать.

«Последний ледниковый период дает нам возможность изучить динамику подземных вод, которая может быть крайне важна для понимания будущих изменений», — заявил ведущий автор исследования Алан Сельтцер, научный сотрудник Океанографического института Вудс-Хоул, специализирующийся на морской химии и геохимии.

Ученые проанализировали период от 11 000 до 20 000 лет назад, когда ледники отступали из Северной Америки, а штормы смещались к северу. До этого времени территория современного юго-запада США получала обильные осадки, в то время как нынешний Тихоокеанский Северо-Запад был относительно сухим. Однако к началу голоцена — текущей геологической эпохи — климат изменился, приблизившись к современным условиям: Северо-Запад стал влажным, а юго-запад — засушливым.

В новом исследовании Сельтцер и его коллеги изучили древние подземные воды из водоносного бассейна Палуз, расположенного под штатами Вашингтон и Айдахо. В них сохранились геохимические следы, такие как растворенные благородные газы, которые позволяют определить изменения уровня грунтовых вод в прошлом.

Ученые измерили изотопы криптона и ксенона в 17 скважинах бассейна, что позволило восстановить картину изменения уровня вод за 9000 лет глобального потепления.

Затем эти данные сравнили с записями из водоносного горизонта Сан-Диего в Южной Калифорнии, которые Сельтцер и другие исследователи собрали в ходе предыдущего исследования в 2019 году. Результаты были опубликованы 11 июня в журнале Science Advances.

Согласно новому исследованию, в ответ на глобальное потепление и засуху в конце ледникового периода уровень грунтовых вод на юго-западе резко снизился. В то же время на Тихоокеанском Северо-Западе, несмотря на увеличение осадков, уровень оставался удивительно стабильным.

Причина может заключаться в том, что водоносные системы с неглубоким залеганием вод (например, бассейн Палуз) способны передавать больше влаги соседним почвам, чем системы с глубоким залеганием, поэтому остаются относительно стабильными. Поверхностные почвы менее плотные и могут удерживать больше воды, чем глубокие слои.

А вот системы с глубоким залеганием вод, такие как водоносный горизонт Сан-Диего, гораздо чувствительнее к изменениям количества осадков. Без дождей они быстро пересыхают.

Чтобы подтвердить свои выводы, ученые сравнили древние данные с результатами компьютерного моделирования земных процессов. «Модель дала почти идентичные результаты с изотопными измерениями», — отметил Сельтцер.

В целом исследование показывает, что подземные воды на юго-западе США уязвимее к изменению климата, чем на Северо-Западе, особенно с учетом прогнозируемого роста засушливости в ближайшие десятилетия. Миллионы людей в этом регионе зависят от подземных вод, и «эти результаты должны помочь направить усилия на исследования и адаптацию» для борьбы с нехваткой воды, заявил соавтор исследования Крис Карнаускас, климатолог и доцент Университета Колорадо в Боулдере.

Ученые предупреждают, что без срочных мер по сохранению водных ресурсов юго-запад США может столкнуться с катастрофическим дефицитом воды уже в ближайшие 30–50 лет. Возможные решения включают:

• Развитие систем опреснения морской воды.

• Внедрение технологий умного орошения в сельском хозяйстве.

• Строгий контроль за использованием подземных источников.

Кроме того, исследователи планируют изучить другие древние водоносные системы, чтобы точнее спрогнозировать последствия климатических изменений для разных регионов мира.