Animation baseret på satellitdata viser, at det sydlige Californien puster vand

Ved at bruge et hidtil uset antal satellitradarbilleder, geofysikere ved Caltech har sporet, hvordan jorden i det sydlige Californien stiger og falder, mens grundvand pumpes ind og ud af grundvandsmagasiner under overfladen.

Deres resultater præsenteres i en undersøgelse, der sporer deformation af jordens overflade over en 18-årig periode. Arbejdet kan bruges af vandforvaltningsdistrikter til at vurdere den præcise form og størrelse af grundvandsmagasiner og indvirkningen af ​​regionens vandforbrug på disse grundvandsmagasiner. Arbejdet afslører også, hvad der kunne være en tidligere ukortlagt fejl, der løber tværs over det nordøstlige Orange County.

"Det, vi ser gennem stigningen og faldet af jordoverfladen, er jordens elastiske reaktion på regelmæssige ændringer i grundvandsniveauet, " siger hovedforfatter Bryan Riel (MS '14, Ph.D. '17), som var kandidatstuderende i laboratoriet hos Caltechs Mark Simons på tidspunktet for forskningen, og er nu signalanalyseingeniør hos JPL, som administreres af Caltech for NASA. "Fordi vi har data over en lang periode, vi var også i stand til at isolere langsigtede overfladedeformationssignaler, herunder nedsynkning af jorden, der synes at være forårsaget af komprimering af lerlag som reaktion på baggrundsvariationer i grundvandstilbagetrækningen." Riel og Simons var også i stand til at se skarpe træk, hvor vandet ikke strømmede, som kan indikere grænser for vandførende lag samt forkastninger.

Studiet, som blev offentliggjort online den 30. april af tidsskriftet Vandressourceforskning , bruger offentligt tilgængelige radardata fanget mellem 1992 og 2011 af satellitter fra European Space Agency. Satellitdataene blev kompileret til 881 radarinterferogrammer – billeder skabt ved at kaste radarsignaler væk fra jordens overflade – for at spore næsten lodret jordbevægelse ned til millimeteren med en horisontal opløsning på snesevis af meter, over et område, der strækker sig fra San Fernando, nordvest for Los Angeles centrum, ned til Irvine, i Orange County.

Når alle billeder er sat sammen, de viser, at jorden under det sydlige Californien stiger og falder årligt, som en kæmpe, der trækker vejret ind og ud. Resultaterne blev kontrolleret mod GPS-målinger taget af Orange County Water District (OCWD) og Water Replenishment District of Southern California, hvilket bekræftede resultaterne. Den periodiske stigning og fald af jorden fortæller historien om forvaltningen af ​​det sydlige Californiens grundvandsmagasiner, og hvordan denne forvaltning har ændret sig over tid, siger Simons, John W. og Herberta M. Miles professor i geofysik ved Caltech og JPL chefforsker.

"I begyndelsen af ​​studieperioden, vi ser store sinusoider - højere højder og lavere lavpunkter. Mod den senere halvdel af undersøgelsen, der flader lidt ud, hvilket indikerer, at vandkontroldistrikter mere aktivt forvaltede akviferer, og sørg for at komme vand tilbage i dem i stedet for bare at tage det ud, siger Simons.

Roy Herndon, chefhydrogeolog for OCWD, siger, at hans team arbejder på at sikre, at jorden aldrig synker for langt - en udvikling, som den måske aldrig kommer sig over.

"Vi har mistanke om, at geologien i vores bassin kan tillade nedsynkning, hvis vi tillod for meget grundvand at blive pumpet ud, men aldrig genfyldte det. Vi har ler og silt, der kan komprimere og komprimere med tiden, " siger Herndon.

Denne strategi er kodificeret i loven om bæredygtig grundvandsforvaltning (SGMA), underskrevet i lov af Californiens guvernør Jerry Brown i 2014, som tilsiger, at grundvandsforvaltere skal undgå permanent sænkning af terrænniveauet. Fænomenet har plaget San Joaquin-dalen i det centrale Californien i generationer. Jordpakning drevet af et skrumpende grundvandsspejl har fået jorden i området til at synke med så meget som 28 fod, ifølge United States Geological Survey (USGS). Herndon siger, at undersøgelsen af ​​Riel, Simons, og medforfattere - og andre undersøgelser som det - vil hjælpe vanddistrikter med at sikre, at deres vandforvaltningsstrategier er effektive til at undgå en sådan jordkomprimering i Californien.

Mens jordens stigning og fald var at forvente, radardataene viste også nogle uventede træk, Simons siger:inklusive en skarp grænse ved kanten af ​​en grundvandsmagasin, hvilket kunne indikere en nedgravet forkastning langs den østlige kant af et bassin, hvor Santa Ana-floden passerer gennem Santa Ana/Garden Grove-området. Ud over, kortet afslørede et lille område med unormalt stor jordhøjde, der viste sig at være forårsaget af petroleumsoperationer, der pumpede olie ud og vand ind.

Riel, Simons, og medforfattere stolede på data fra ESA-satellitter. I mellemtiden JPL, NASA, og den indiske rumforskningsorganisation (ISRO) planlægger at opsende en ny radarsatellit kaldet NISAR i begyndelsen af ​​2022, der vil give observationer fra to retninger hver 12. dag – hvilket giver højere kvalitet, data i højere opløsning end tidligere har været tilgængelige.

"Med den slags data, vi vil være i stand til at male et endnu klarere billede, der kunne afsløre endnu mere om jorden under vores fødder, siger Simons.

Undersøgelsen har titlen "Quantifying Ground Deformation in the Los Angeles and Santa Ana Coastal Bassins Due to Groundwater Absorbering."