Mennesker kontrollerer størstedelen af ​​ferskvandets ebbe og strømning på Jorden, undersøgelse finder

Mennesker har gjort en bemærkelsesværdig indvirkning på planeten, fra at rydde skove til landbrug og urbanisering til at ændre atmosfærens kemi med fossile brændstoffer. Nu, en ny undersøgelse i tidsskriftet Natur afslører for første gang omfanget af menneskelig indvirkning på den globale vandcyklus.

Undersøgelsen brugte NASA's Ice, Cloud and Land Elevation Satellite (ICESat-2) til at samle det største datasæt nogensinde over sæsonbestemte vandstande i mere end 227, 000 søer, damme og reservoirer verden over. Dataene viser, at selvom menneskestyrede reservoirer kun udgør en lille procentdel af alle vandområder, de tegner sig for 57 % af de samlede sæsonbestemte vandlagringsændringer globalt.

"Vi har en tendens til at tænke på vandets kredsløb som et rent naturligt system:Regn og snesmeltning løber ind i floder, som løber til havet, hvor fordampning starter hele cyklussen igen, " sagde Sarah Cooley, en postdoc-forsker ved Stanford University, der lancerede forskningsprojektet, mens han var kandidatstuderende ved Brown University. "Men mennesker griber faktisk væsentligt ind i den cyklus. Vores arbejde viser, at mennesker er ansvarlige for størstedelen af ​​den sæsonbetonede variation i lagring af overfladevand på Jorden."

Cooley ledede arbejdet med Laurence Smith, en professor i miljøvidenskab ved Brown, og Johnny Ryan, en postdoktor ved Institut for Brown for Miljø og Samfund.

Forskerne siger, at undersøgelsen giver en kritisk baseline for at spore den globale hydrologiske cyklus, da klimaændringer og befolkningstilvækst lægger ny stress på ferskvandsressourcer.

Et ekstraordinært datasæt

Lanceret i kredsløb i 2018, ICESat-2s primære mission er at spore ændringer i tykkelsen og højden af ​​iskapper rundt om i verden. Det gør det med en laserhøjdemåler, som bruger lysimpulser til at måle højde med en nøjagtighed på 25 millimeter. Cooley, som har erfaring med at bruge satellitter til at studere vandstanden i arktiske søer, var interesseret i at bringe satellitens præcise målekapacitet til at stå på søniveauer verden over.

Cooley siger, at ICESat-2s laserhøjdemåler har langt større opløsning end instrumenter, der tidligere blev brugt til at måle vandstanden. Det gjorde det muligt at samle en stor, præcist datasæt, der inkluderede små damme og reservoirer.

"Med ældre satellitter, du skal gennemsnitlige resultater over et stort område, som begrænser observationer til kun verdens største søer, " sagde Cooley. "ICESat har et lille fodaftryk, så vi kan få niveauer for små søer, som vi ikke kunne komme tæt på før. Det var vigtigt for at forstå den globale vanddynamik, da de fleste søer og reservoirer er ret små. "

Fra oktober 2018 til juli 2020, satellitten målte vandstanden i 227, 386 vandområder, spænder i størrelse fra de amerikanske store søer til damme med områder mindre end en tiendedel af en kvadratkilometer. Hvert vandområde blev observeret på forskellige tidspunkter af året for at spore ændringer i vandstanden. Forskerne krydsreferencede de vandområder, de observerede, med en database over reservoirer verden over for at identificere, hvilke vandområder der var menneskekontrollerede, og hvilke der var naturlige.

Mens lande som USA og Canada måler reservoirniveauer og gør disse oplysninger offentligt tilgængelige, mange lande offentliggør ikke sådanne data. Og meget få søer og damme uden reservoir måles overhovedet. Så der var ingen måde at lave denne analyse uden de præcise satellitobservationer, sagde forskerne.

Styring af vandets kredsløb

Undersøgelsen viste, at mens naturlige søer og damme varierede sæsonmæssigt med et gennemsnit på 0,22 meter, menneskestyrede reservoirer varierede med .86 meter. Sammenlagt, den meget større variation i reservoirer sammenlignet med naturlige søer betyder, at reservoirer udgør 57 % af den samlede variation. Nogle steder, imidlertid, menneskelig indflydelse var endnu stærkere end som så. For eksempel, i tørre områder som Mellemøsten, amerikansk vest, Indien og det sydlige Afrika, variabilitet tilskrevet menneskelig kontrolstigninger til 90 % og derover.

"Af alle volumenændringer i ferskvandsområder rundt om på planeten - alle oversvømmelserne, tørke og snesmeltning, der skubber søniveauer op og ned - mennesker har kommanderet næsten 60% af denne variation, " sagde Smith. "Det er en enorm indflydelse på vandets kredsløb. Med hensyn til menneskelig indvirkning på planeten, dette er lige deroppe med indvirkning på landdækning og atmosfærisk kemi. "

Som den første globale kvantificering af menneskelige påvirkninger på vandkredsløbet, resultaterne vil give en afgørende baseline for fremtidig forskning om, hvordan påvirkningerne påvirker økosystemer rundt om i verden, siger forskerne.

I en separat undersøgelse offentliggjort for nylig i Geofysiske forskningsbreve , forskergruppen var i stand til at bruge ICESat-2-data til at belyse, hvordan reservoirvand bruges. Undersøgelsen viste, at steder som Mellemøsten, reservoirniveauer har en tendens til at være lavere om sommeren og højere om vinteren. Det tyder på, at der frigives vand i den tørre sæson til kunstvanding og drikkevand. I modsætning, tendensen i steder som Skandinavien var den modsatte. Der, vand frigives om vinteren for at lave vandkraft til opvarmning.

"Dette var en undersøgende analyse for at se, om vi kan bruge fjernmåling til at forstå, hvordan reservoirer bruges i global skala, "Sagde Ryan.

Smith siger, at han forventer, at satellitter vil spille en stigende rolle i studiet af Jordens vandkredsløb. I de sidste par år, han har arbejdet med NASA på Surface Water and Ocean Topography missionen, som helt vil blive dedikeret til denne form for forskning.

"Jeg tror, ​​at vi inden for de næste tre år vil se en eksplosion af højkvalitets satellithydrologidata, og vi vil have en meget bedre ide om, hvad der foregår med vand over hele planeten, " sagde Smith. "Det vil have konsekvenser for sikkerheden, grænseoverskridende vandaftaler, at forudsige afgrødefremtider og mere. Vi er lige på kanten af ​​en ny forståelse af vores planets hydrologi."