Во время последнего ледникового периода штормы увлажняли ныне засушливый юго-запад США, в то время как сегодняшний дождливый северо-запад Тихого океана оставался относительно сухим. По мере повышения глобальной температуры и отступления ледяных покровов эти штормы сместились на север, изменив климатические модели, которые определяют особенности обоих регионов сегодня.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показывает, что уровни подземных вод в двух регионах по-разному реагировали на эти драматические изменения. В то время как на северо-западе Тихого океана глубина уровня грунтовых вод практически не изменилась, несмотря на увеличение количества осадков, на юго-западе произошла значительная потеря подземных вод.
Результаты указывают на то, что водоносные горизонты юго-запада — критически важные для миллионов людей — могут быть более уязвимы к будущим климатическим изменениям.
«В среднем климатические модели предполагают, что на юго-западе США может стать суше, а на северо-западе Тихого океана — влажнее к концу века», — сказал Алан Зельцер, младший научный сотрудник Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) и ведущий автор исследования.
Зельцер и его соавторы, включая семь учёных, связанных с WHOI, создали новые записи об уровнях подземных вод с момента последнего ледникового завершения — периода потепления, потери ледяных покровов и значительных изменений окружающей среды, которые произошли между 20 000 и 11 000 лет назад.
«Последний ледниковый период даёт нам возможность изучить динамику подземных вод, которая может быть весьма актуальна для будущих изменений», — сказал Зельцер.
Подземные воды — крупнейший на Земле источник пригодной для использования пресной воды, обеспечивающий до половины воды, которую люди используют для питья, сельского хозяйства и промышленности. Но поскольку миллионы колодцев могут пересохнуть из-за изменения климата, понимание того, как подземные воды реагируют на долгосрочные климатические сдвиги, имеет решающее значение для планирования на будущее.
Современные данные об уровне подземных вод ограничены всего несколькими последними веками и осложнены человеческой деятельностью. Чтобы изучить долгосрочные тенденции, исследовательская группа проанализировала ископаемые подземные воды из 17 скважин в Вашингтоне и Айдахо, возраст которых насчитывает до 20 000 лет.
Используя новый метод, разработанный Зельцером, они измерили изотопы ксенона и криптона — благородные газы, чувствительные к гравитационному разделению, — чтобы рассчитать глубину уровня грунтовых вод в прошлом.
Анализ показал, что уровень подземных вод на северо-западе Тихого океана оставался удивительно стабильным с последнего ледникового периода до раннего голоцена, несмотря на увеличение количества осадков. Они объединили результаты с предыдущей работой, проведённой под руководством Зельцера, которая показала, что уровень грунтовых вод в Южной Калифорнии резко упал в ответ на потерю осадков во время дегляциации.
«Возвращение во времени к крупномасштабным изменениям помогает нам понять поведение системы, например, подземных вод, которое мы можем с трудом уловить с помощью коротких современных записей», — сказал Зельцер.
Чтобы подтвердить эти выводы, исследователи сравнили древние данные о подземных водах с симуляциями, проведёнными с помощью модели земной системы, которая включает в себя крупномасштабные процессы, связанные с подземными водами.
«Модель дала почти точно такой же ответ, как и измерения изотопов», — сказал Зельцер. «Это был захватывающий результат, который показывает, что даже относительно простые модели подземных вод могут фиксировать ключевые динамические процессы».
Исследование не только подчёркивает уязвимость водоносных горизонтов юго-запада, но и демонстрирует, как сочетание палеоклиматических данных с современными моделями может улучшить планирование использования водных ресурсов в будущем во всём мире.
«Хотя это исследование было сосредоточено на западной части Северной Америки, мы смогли наметить области, вызывающие озабоченность во всём мире, используя эти модели моделирования в сочетании с новыми данными о глубине древнего уровня грунтовых вод», — сказал соавтор Крис Карнаускас, доцент кафедры атмосферных и океанических наук в CU Boulder.
«Выходя за рамки простого учёта осадков, эти результаты должны помочь направить исследования и усилия по адаптации в регионы с повышенной водной нестабильностью в будущем».
Сопутствующие исследования ископаемых подземных вод, проведённые под руководством лаборатории Зельцера в сотрудничестве с Манчестерским университетом, были сосредоточены на геологических открытиях, сделанных с помощью древних подземных вод на северо-западе Тихого океана.
Опубликовано в журнале Nature Geoscience, исследование анализирует подземные воды из 17 скважин в бассейне водоносного горизонта Палоуз, который охватывает границу между Вашингтоном и Айдахо, и использует новый аналитический метод, впервые разработанный в WHOI для выявления поступления вулканических газов в водоносный горизонт, несмотря на отсутствие современной вулканической или тектонической активности в регионе.
Эти результаты могут дать учёным лучшее представление о геологических и химических процессах, которые происходят глубоко внутри Земли, указывая на то, что диффузные потоки газов из мелкой мантии могут происходить широко в вулканически неактивных регионах.
Предоставлено:
Океанографический институт Вудс-Хоул.