Beregning af gammelt og nyt vandafstrømning

Lige foran et regnvejr, Cody Ross løber muligvis ud til et landbrugsforskningssted som en del af sit kandidatarbejde. Han skal have noget farvestof i en injektionsbrønd. Pointen? For at evaluere den vej, som vand følger fra marken under og efter regnvejret.

Ross, medlem af Watershed Systems Research Program ved University of Manitoba, måler vandgennemstrømning i en del af jorden kaldet vadose -zonen. Selvom navnet kan få dig til at huske skræmmende episoder af "Twilight Zone, "vadosezonen er bare det mættede jordniveau lige under overfladen. Det kan være kun få centimeter til over en meter i dybden. Og vadosezonen er, hvor der sker vigtige ting i jorden.

Vadose -zonen er kompleks. Inden for det, sandpartikler er enorme i forhold til lerpartikler, påvirker vandgennemstrømningen. Derfor kan du hurtigt se vand trænge gennem sand på en strand. Sund jord har også en god mængde organisk materiale fra forfaldne planter eller insekter. Endelig, der findes små porer, fyldt med luft eller opbevaret vand. Planterødder vokser ned i jorden for at samle vand og næringsstoffer. Mikroskopiske mikrober lever dernede, samt større dyr som regnorme og nematoder.

Ross 'arbejde er vigtigt, fordi hvordan vand bevæger sig over, igennem, og omkring alle de jordpartikler, organisk stof, porer, mikrober, og rødder betyder noget. Det er noget, producenterne gerne vil vide - især på steder, hvor nedbør er sjælden. Det sydøstlige canadiske Prairie -område, hvor Ross forsker, har et sæsonmæssigt tørt miljø.

"At studere vandbevægelser hjælper os med bedre at forstå tilgængeligheden af ​​vand i tider med knaphed (tørke) og overflod (oversvømmelser), "siger Ross." Det hjælper os også med at forstå, hvordan vores handlinger påvirker tilgængeligheden og kvaliteten af ​​vandressourcer. "Dette, på tur, kan påvirke politiske beslutninger.

Tidligere arbejde med vandbevægelser i vadose -zonen er blevet udført i kuperede områder i USA, eller i den vestlige canadiske Prairie. Ligesom du ikke kan forvente, at en episode af Twilight Zone er den samme som en anden, du kan ikke forvente, at en jord i en region vil fungere som en i en anden. Der kan endda være forskelle på den samme gårdsmark, afhængigt af mængden af ​​organisk stof, sammensætning af jordpartikler, og andre funktioner. De sydøstlige canadiske præriejord, sammenlignet med western, har mere organisk stof i sig. Denne stigning i organisk stof hjælper jordbunden med at bevare fugt om sommeren og efteråret. Det påvirker dræningspotentialet. Organisk materiale påvirker også, hvor længe jorden forbliver frossen om vinteren og foråret.

Forskelle i landets topografi er betydelige, også. Forestil dig at slæde ned ad en bjergskråning i Vermont ... og forestil dig nu at prøve at kælke i de flade områder i de sydøstlige canadiske prærier. Tyngdekraften vil ikke hjælpe dig meget der. Det samme gælder for vand.

Vandbevægelse i jorden påvirkes også af dets kemiske egenskaber. Lerpartikler af jord har faktisk en negativ ladning. Det betyder, at jordbund med et højere lerindhold bedre kan holde på vand end sandjord. Organisk materiale kan absorbere og frigive vand, også.

Ross brugte andre forskeres matematiske formler - og udviklede nogle af sine egne - til at forudsige, hvordan vandet bevægede sig under regnbyger og tider med snesmeltning. Det farvestof, han injicerede i brøndene, hjalp ham med at afgøre, om vandet, han samlede fra vandveje, var "nyt" fra regnhændelsen, eller "gammel" fra tidligere lager.

"Forskning med fokus på vandets alder har betydning i mange applikationer, "siger Ross." Vi vil vide, om vand til en å kom direkte fra marken, eller fulgte en alternativ vej. Ændrer den alternative rute vandkvaliteten? Sænker det leveringen til kanalen? "Alle disse spørgsmål kan føre til nyttige forudsigelsesværktøjer.

"Som i de fleste discipliner, brug af matematik har en enorm nytteværdi, "siger Ross." Vi brugte matematiske udtryk til at hjælpe os med at fortolke, hvordan vand bevæger sig i jorden. Evnen til at bruge matematiske modeller på denne måde er meget kraftfuld. Det er ofte billigere end fysiske observationer, især under omstændigheder, hvor forskning er fokuseret på store eller utilgængelige regioner. "

Ross 'forskning fandt ud af, at i modsætning til andre områder, der var en betydelig mængde gammelt vand, der flyttede til vandløbene. "Tidligere forskning udført i Prairies har peget på nyt vand som mere dominerende, "siger Ross." Dette var ikke tilfældet i vores undersøgelse. "

Selvom du ikke kan kontrollere, om du har en tørke - eller en oversvømmelse - er det vigtigt at studere vandbevægelser i jorden. "At have en bedre forståelse af, hvordan vand bevæger sig gennem landskabet, giver indsigt i beslutninger om vandforvaltning, "siger Ross." At forstå de relative bidrag fra gamle og nye vandkilder kan påvirke ledelsesbeslutninger i forbindelse med oversvømmelser og vandkvalitet. "

Fremtidig forskning, der bygger på Ross 'arbejde, kan fokusere på alternative steder, for at se, hvor almindelige Ross 'fund er. "Undersøgelser fokuserede på, hvordan arealanvendelse og klimaændringer påvirker vandbevægelsen i jord i det sydøstlige canadiske Prairie -område, ville være gavnligt, "Tilføjer Ross.