Årsag til unormal grundvandsstigning efter stort jordskælv

Stigninger i grundvandsniveauer og -volumener efter store jordskælv er blevet observeret rundt om i verden, men detaljerne i denne proces er forblevet uklare på grund af mangel på grundvandsdata direkte før og efter et jordskælv. Heldigvis, forskere fra Kumamoto og Kwansei Gakuin Universiteter (Japan) og UC Berkley (USA) indså, at de havde en unik forskningsmulighed til at analysere grundvandsniveauændringer omkring Kumamoto City efter store jordskælv ramte området i 2016.

Ændringer i det hydrologiske miljø efter et jordskælv, som damme eller brønde, der tørrer op, det pludselige udseende af rindende vand, eller en stigning i vandstanden er blevet registreret siden romertiden. Forskellige teorier er blevet foreslået for årsagen til sådanne ændringer, såsom udsving i porevandstrykket (trykket af grundvand, der holdes i porerne eller hullerne i klipper og jord), øget vandgennemtrængelighed, og vandbevægelse gennem nye sprækker.

For at identificere den faktiske årsag, data skal indsamles fra observationssteder i brønde, vandkilder, og floder. Imidlertid, især i tilfælde af jordskælv i indlandet, det er generelt sjældent, at disse lokaliteter er spatiotemporalt arrangeret i et område, hvor et stort jordskælv har fundet sted. Derudover det er endnu sjældnere at have nok data til at sammenligne før og efter katastrofen. Disse vanskeligheder har været en vejspærring for at få et klart billede af, hvordan hydrologiske miljøer ændrer sig efter jordskælv.

Kumamoto City, på den sydlige japanske ø Kyushu, er berømt for sit vand. Næsten 100 % af byens drikkevand stammer fra grundvandet i området, så der er mange observationsboringer i området, som løbende registrerer vandstands- og kvalitetsdata. Om morgenen (japansk tid) den 16. april, 2016, et jordskælv med en styrke på 7,0 ramte byen, hvilket resulterede i et væld af grundvandsdata både før og efter jordskælvet. Forskere fra Kumamoto University anerkendte denne unikke mulighed for at vurdere, hvordan jordskælv kan ændre hydrologiske miljøer mere detaljeret end nogensinde før, så de etablerede et internationalt samarbejde for at studere begivenheden.

En unormal stigning i grundvandsstanden opstod efter hovedchokket og var især mærkbar i grundvandsstrømningssystemets genopfyldningsområde. Vandstanden toppede inden for et år efter hovedchokket på omkring 10 meter og, selvom det er faldet til ro derefter, vandstanden var stadig høj mere end tre år senere. Dette mentes at skyldes en tilstrømning af vand fra et sted, der ikke var en del af den hydrologiske cyklus før jordskælvet, så forskere forsøgte at bestemme kilderne ved at bruge stabile isotopforhold af vand.

De stabile isotopforhold mellem vand på Jordens overflade ændrer sig lidt med forskellige processer (fordampning, kondensation, osv.), så de bliver unikke markørværdier afhængigt af placering. Disse markører gør det muligt at bestemme de processer, der påvirkede en vandprøve såvel som dens kilde.

En sammenligning af før-og-efter-sættene af stabile isotopforhold viste, at før jordskælvet, grundvandet i Kumamoto City-området kom hovedsageligt fra lavtliggende bjergvandsmagasiner, jordvand i genopladningsområder, og nedsivning fra det centrale Shirakawa-flodområde. Efter jordskælvet, forskerne mener, at seismiske brud på den vestlige side af Aso-bjerget øgede permeabiliteten af ​​bjergakvaferen, som frigav grundvandet mod strømningssystemets genopladningsområde og øgede vandstanden. Desuden, grundvandsstanden i udløbsområdet, der var faldet umiddelbart efter hovedchokket, var næsten genoprettet inden for blot et år.

"Vores forskning er den første til at fange de hydrologiske miljøændringer forårsaget af et stort jordskælv i detaljer, " sagde studielederen lektor Takahiro Hosono. "Fænomenet, vi opdagede, kan forekomme overalt på Jorden i områder med klima og geologiske forhold, der ligner Kumamoto. Vi håber, at vores forskning vil være nyttig både for akademikere og etableringen af ​​retningslinjer for regional brug af vand i en katastrofe."