Circa un quarto delle derrate alimentari degli Stati Uniti proviene dalla Central Valley californiana. La maggior parte delle colture, come riso, alberi da frutto e alberi da noci, richiede un elevato consumo di acqua e un intenso pompaggio di acqua sotterranea durante i periodi di siccità. Nel tempo, l’intenso prelievo idrico ha contribuito a modificare i sistemi acquiferi sotto le valli di San Joaquin e Sacramento. Sebbene alcuni di questi cambiamenti siano reversibili, un nuovo studio, pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences, indica che ampie zone della Sacramento Valley potrebbero aver subito una compattazione del terreno irreversibile durante le recenti siccità, con conseguente perdita permanente delle riserve idriche sotterranee.
La minaccia incombente della subsidenza del terreno
Il pompaggio dell’acqua dalle falde acquifere riduce la pressione dell’acqua sotterranea, il che può causare l’abbassamento della superficie terrestre, un processo chiamato subsidenza. Un abbassamento moderato può essere reversibile con il ritorno dell’acqua, grazie all’elasticità degli spazi porosi sotterranei. Tuttavia, il pompaggio intensivo può comprimere in modo permanente e anelastico i sedimenti che trattengono l’acqua, con conseguente riduzione permanente della capacità di stoccaggio idrico. Anche la subsidenza del terreno provoca un abbassamento visibile della superficie.
Gli autori del nuovo studio scrivono: “le misurazioni della deformazione superficiale sui sistemi acquiferi sfruttati forniscono un modo per monitorare le pratiche di gestione delle acque sotterranee e mitigare i rischi, tra cui danni alle infrastrutture, maggiore vulnerabilità alle inondazioni e altre conseguenze socioeconomiche della subsidenza del terreno”.
Ulteriori informazioni dalle misurazioni satellitari
Le misurazioni effettuate tramite pozzi possono mostrare i livelli dell’acqua, ma potrebbero non rilevare le variazioni di stress in altri strati sotterranei. Gli autori dello studio affermano che le tecniche geodetiche spaziali, come i sistemi globali di navigazione satellitare (GNSS) e il radar interferometrico ad apertura sintetica (InSAR), possono migliorare il monitoraggio degli acquiferi consentendo misurazioni della deformazione superficiale con una copertura spaziale molto migliore, una risoluzione decametrica e una precisione millimetrica nelle variazioni annuali di profondità.
Il team ha valutato i cambiamenti nel sistema acquifero della Sacramento Valley combinando mappe radar satellitari dei movimenti del terreno con dati GPS, registri di pozzi di acqua sotterranea e misurazioni gravimetriche satellitari della massa d’acqua regionale dal 2016 al 2022. In tal modo, hanno scoperto che ampie zone della Sacramento Valley hanno subito un’improvvisa e perlopiù irreversibile compattazione del terreno nel 2021, durante un periodo di siccità durato dal 2020 al 2022.
I risultati
Nel precedente periodo 2016-2020, la maggior parte dei movimenti del terreno coincideva con le variazioni stagionali del livello dell’acqua ed era in gran parte reversibile. Dopo il 2021, alcune aree sono sprofondate fino a 50 centimetri all’anno, ben oltre la risposta reversibile prevista di 2 centimetri all’anno. Le stime hanno anche mostrato che la perdita permanente di riserve idriche sotterranee è aumentata di circa cinque volte, raggiungendo circa 0,2 chilometri cubi all’anno nel periodo 2021-2022.
Gli autori dello studio scrivono: “tutte le misurazioni disponibili suggeriscono che l’accelerazione della subsidenza iniziata nel 2021 sia dovuta principalmente alla compattazione anelastica causata dall’estrazione di acqua sotterranea. Le aree in rapida subsidenza coincidono con le zone di pompaggio intensivo identificate nelle mappe delle fluttuazioni delle acque sotterranee e della deformazione poroelastica. Inoltre, il confronto tra i livelli delle acque sotterranee e gli spostamenti InSAR nelle zone di subsidenza accelerata mostra che, in media, la superficie del terreno non ritorna al suo stato pre-2021, anche se i livelli delle acque sotterranee si riprendono con la ricarica stagionale alla fine del 2021, il che indica una deformazione irreversibile”.
L’importanza di integrare i dati
Il team osserva che i soli dati provenienti dai singoli pozzi non avrebbero permesso di prevedere in modo affidabile dove si sono verificati danni irreversibili. Lo studio fornisce la prova che un acquifero può superare una soglia di danno prima che i dati convenzionali dei pozzi forniscano un chiaro segnale di allarme, ma i dati satellitari potrebbero essere in grado di rilevare i cambiamenti anelastici prima. L’integrazione di questi dati può aiutare a monitorare lo stress idrico nelle regioni del mondo con scarsità d’acqua, dove le osservazioni a terra sono limitate.
Potenziale per prevenire ulteriori danni?
Ulteriori danni permanenti all’acquifero della Sacramento Valley sono ancora possibili. Gli autori dello studio scrivono: “sebbene questa compattazione non si risolverà mai completamente, il recente aumento delle precipitazioni in California fa ben sperare che il sistema acquifero sia tornato, o tornerà presto, a un regime prevalentemente poroelastico in risposta alla diminuzione della domanda di acqua sotterranea e all’aumento della ricarica”.
Le mappe che mostrano le aree vulnerabili possono essere utilizzate per indirizzare i progetti di ricarica artificiale e ridurre l’estrazione in queste zone, limitando i processi anelastici. In definitiva, individuare e prevenire un’ulteriore compattazione permanente può proteggere strade, canali, argini, pozzi e comunità soggette ad allagamenti nella regione.