Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Natur

Næsten 2 milliarder mennesker globalt er i fare for landsynkning

Forudsigelse af globalt landsynkning (a) og zoomet ind for Nordamerika (b), Sydamerika (c), Europa og Nordafrika (d), Mellemøsten (e) og Syd-, Øst- og Sydøstasien ( f). Kredit:Davydzenka et al., 2024

Landsynkning er en geofare forårsaget af pludselig eller gradvis aflejring (år til årtier) af jordoverfladen på grund af fjernelse af underjordisk materiale. Dette kan skyldes en række forskellige faktorer, både naturlige (såsom jordskælv, vulkansk aktivitet og komprimering af finkornede ukonsoliderede sedimenter) og menneskeskabte (for eksempel minedrift og grundvandsindvinding). Det udgør et stort problem i byzoner, hvor det kan forårsage bygningskollaps og skade på infrastruktur, der kan være en fare for liv og et ressourcestyringsproblem.



Med en stigning i landsynkning, der forekommer i tætbefolkede områder, er en nøglefaktor, der driver sænkning, grundvandsindvinding - fjernelse af vand, der er lagret i porerummet i underjordiske lag og transporterer det væk til konsum og kunstvanding i landbruget, hvilket fører til komprimering af vand. underjordiske sedimenter.

Dette er fokus for ny forskning, offentliggjort i Geophysical Research Letters , hvor videnskabsmænd identificerede en signifikant positiv sammenhæng mellem hastigheden af ​​grundvandsindvinding og nedsynkning, hvilket betyder, at disse områder bør være et hovedfokus for vandressourceforvaltningen for at afhjælpe denne geofare.

Tsimur Davydzenka, en ph.d. forsker ved Colorado School of Mines, U.S., og kollegerne Dr. Pejman Tahmasebi og professor Nima Shokri, henvendte sig til deep learning kunstig intelligens for at forudsige omfanget af jordsynkning globalt. Tsimur og Dr. Tahmasebi forklarede betydningen af ​​deres forskning og sagde:"Landsænkning er et destruktivt fænomen, der skader infrastruktur og grundvandsmagasiner, samt sætter menneskeliv i fare. Befolkningsvækst har spillet en ubestridelig rolle i ressourceudvindingen, som har ført til nedsynkning.

"Baseret på vores undersøgelser indså vi, at der eksisterer adskillige lokale undersøgelser i forskellige lande, som udforsker jordsænkning, men der er ikke tilstrækkelig forskning på globalt plan. Sådanne kort giver enten ingen information om størrelsen af ​​nedsynkning, hvilket er vigtigere end bare chancen for at observere det, eller de er begrænset til regionale skalaer. Ved hjælp af moderne datadrevne modelleringsteknikker introducerede vi det første globale kort over nedsynkningshastigheder, som kan bruges til at informere om grundvandshåndteringspolitikker og vejlede modvirkningen."

Forskerne brugte eksisterende data fra jordsynkningsstudier og fjernmåling til at generere et træningsdatasæt med 46.000 sænkningsscenarier. Ud over et udvalg af 23 klimatiske, geografiske og topografiske forhold (herunder nedbør, jordbundssammensætning, sedimenttykkelse og hældning) blev disse brugt til at træne en maskinlæringsmodel, som derefter var i stand til at estimere det samlede areal af land, der var i fare for sætning og befolkning i disse zoner.

De fastslog, at mere end 6,3 millioner km 2 af Jordens overflade (~5% af det samlede globale landareal) er modtagelig for nedsynkningsrater, der anses for at være betydelige nok til at forårsage skade og kræve afbødningsstrategier - disse er større end 5 mm/år. Dette følger af tidligere arbejde, der havde foreslået 12 millioner km 2 af jordoverfladen oplevede nedsynkningsrater på 430 mm/år. Heraf mere end 6,3 millioner km 2 , 231.000 km 2 blev identificeret i byområder, hvor befolkningstætheden viser, at ~2 milliarder mennesker (25 % af den globale befolkning) befinder sig i disse højrisikozoner.

Global befolkningstæthed for områder, der er ramt af hurtig nedsynkning (>5 mm/år; a) og zoomet ind for Nordamerika (b), Sydamerika (c), Europa og Nordafrika (d), Mellemøsten (e) og Syd, Øst- og Sydøstasien (f). Kredit:Davydzenka et al., 2024

Maskinlæringsmodellen fastslog, at grundvandsindvinding var den vigtigste forudsigelse for landsynkning, efterfulgt af seismisk aktivitet fra jordskælv, derefter miljøforhold (nemlig nedbør), der påvirker grundvandets genopladning, sedimentære enheds tykkelse (større enheder har mere plads til endelig komprimering), middeltemperatur af de varmeste måneder (vigtigt for tørre og halvtørre områder, der er modtagelige for nedsynkning), lerindhold i jorden og befolkningstæthed.

Da indvinding af grundvand er den primære bekymring, foreslår Tsimur og Dr. Tahmasebi måder, hvorpå den globale befolknings afhængighed af dette kan ændres i fremtiden. "For at minimere afhængigheden af ​​grundvand omfatter strategiske foranstaltninger fremme af vandforbrugseffektivitet, implementering af strenge lovgivningsrammer og incitament til landbrugspraksis, der optimerer vandforbruget. Derudover kan investering i vandgenbrugs- og genvindingsteknologier øge vandtilgængeligheden uden overdreven afhængighed af grundvandet.

"Udfasning af grundvandsindvinding kunne suppleres ved at udnytte alternative kilder såsom renset spildevand, høst af regnvand og regnvandshåndtering. Overgangen bør dog også overveje reservoirernes rumlige begrænsninger og den økonomiske gennemførlighed af afsaltning af havvand. Ved at integrere bevaringspraksis ved hjælp af teknologisk innovationer og diversificering af vandkilder, kan der etableres et bæredygtigt vandforsyningsøkosystem, der afbøder de miljømæssige og socioøkonomiske udfordringer forbundet med overdreven grundvandsindvinding."

Med hensyn til de sedimenter, der er mest påvirket af nedsynkning, 3,8 millioner km 2 af ukonsoliderede sedimenter (10 % af den globale udstrækning) blev identificeret som værende primær risiko med de højeste nedsynkningsrater på 320,6 mm/år. Opdyrket jord udgjorde den største truede flade med 2,1 millioner km 2 på verdensplan (12,2 % af den globale dyrkede jord), mens subtropiske højland og tempererede oceaniske klimaer oplevede øgede nedsynkningsrater på mere end 50 mm/år.

Samlet set er Sydasien modelleret til at have den største udstrækning af land, der er truet af sætning (2,2 % af dets samlede areal, der oplever sætningsrater på mere end 50 mm/år) samt det største antal mennesker, der er berørt af det (20 mio. ). Andre lande med nedsynkningsrater på over 50 mm/år omfatter Filippinerne, Iran, Costa Rica, Indonesien og Usbekistan.

Selvom denne forskning giver et vigtigt globalt kort over jordnedsænkning, som vil hjælpe virksomheder, landmænd og lokale myndigheder i områder med højere risiko med at planlægge de udfordringer, de kan opleve i fremtiden, er yderligere finjustering af modellen påkrævet. Som sådan udtaler Tsimur og Dr. Tahmasebi, at det "bestemt er muligt", at fremtidige modeller kan have en tilstrækkelig høj opløsning til, at de enkelte lokale myndigheder kan bruge dataene til afbødningsstrategier.

For eksempel, givet grundvandsindvindingens betydning i datasættet, herunder større detaljer om indvindingsdybden, akvifertype, forsinkelsen mellem indvinding og grundvandsspejlets fald, samt samspillet mellem olie- og gasindustrien (bidrager til 4,36 % af de nuværende nedsynkningsregistre), er nødvendige skridt til at styrke dette vitale arbejde. Med en stigende befolkning, der øger vores afhængighed af grundvand, og klimaforandringer, der øger tørken, vil virkningen af ​​grundvandsfald på landsynkning fortsætte med at være et konstant presserende problem i de kommende år.

Flere oplysninger: Tsimur Davydzenka et al., Unveiling the Global Extent of Land Subsidending:The Sinking Crisis, Geophysical Research Letters (2024). DOI:10.1029/2023GL104497

Journaloplysninger: Geofysiske forskningsbreve

© 2024 Science X Network




Varme artikler