Le onde sismiche tracciano il processo di ricarica delle acque sotterranee a Los Angeles dopo l’inverno

Le tempeste record del 2023 hanno riempito fino all’orlo i principali bacini idrici della California, fornendo un po’ di sollievo a una siccità durata decenni, ma quanta di quella pioggia record è fluita sottoterra?

Shuguan Mao della Stanford University e i suoi colleghi hanno utilizzato un approccio sorprendente per rispondere a questa domanda per l’area metropolitana di Los Angeles. Hanno analizzato i cambiamenti nella velocità delle onde sismiche che viaggiano attraverso il bacino di Los Angeles e hanno monitorato questi cambiamenti nello spazio e nel tempo tra gennaio e ottobre 2023.

Come affermato da Mao alla Seismological Society of America (SSA). Assemblea annuale 2024Il loro studio ha scoperto che i livelli delle acque sotterranee si sono ripristinati quasi completamente a profondità molto basse, circa 50 metri sotto la superficie. Tuttavia, solo il 25% circa delle acque sotterranee perse negli ultimi due decenni è stato reintegrato a una profondità di circa 300 metri o più, probabilmente a causa della difficoltà di filtrare l’acqua piovana negli strati più profondi del terreno.

“Ciò significa che un anno epico di tempeste non è sufficiente per ripristinare l’esaurimento delle acque sotterranee accumulato durante le recenti siccità. Ci vorranno molti più anni piovosi perché la falda acquifera profonda si riprenda completamente”, ha detto Mao.

Ha osservato che le acque sotterranee contribuiscono per oltre il 60% alla fornitura idrica utilizzata in California durante le condizioni di siccità.

Mao e i suoi colleghi sono pionieri nell’utilizzo dei dati sismici per comprendere i livelli delle acque sotterranee nel bacino di Los Angeles, come complemento ad altri metodi utilizzati per misurare i livelli delle acque sotterranee. Il metodo più tradizionale prevede la perforazione di pozzi, che è costosa e fornisce solo una “misurazione su scala puntuale”, ha spiegato Mao. “Non sai quale sia il livello tra due pozzi, o in altre falde acquifere che siano più superficiali o più profonde rispetto al tuo pozzo.”

Più recentemente, i ricercatori hanno utilizzato misurazioni satellitari per rilevare piccoli cambiamenti nella deformazione della superficie terrestre o nel campo gravitazionale, il che funziona bene per dedurre cambiamenti nello stoccaggio delle acque sotterranee nel tempo e nella regione. “Queste misurazioni della superficie non possono dirci cosa sta succedendo a diverse profondità, ma è ciò in cui noi come sismologi possiamo aiutare”, ha detto Mao.

Utilizzando i dati di 65 sismometri a banda larga nella rete sismica della California meridionale, i ricercatori hanno esaminato i cambiamenti nella velocità di propagazione delle onde sismiche. I dati utilizzati erano vibrazioni sismiche “di fondo” causate dagli oceani, dai venti e dall’attività umana, non onde sismiche associate ai terremoti.

“Queste vibrazioni di fondo sismico sono continue, permettendoci di misurare e monitorare continuamente i cambiamenti della velocità sismica”, ha detto Mao.

La velocità delle onde sismiche varia a seconda dello stato meccanico dei materiali attraverso i quali passano le onde. Quando la falda freatica si alza, la pressione nello spazio dei pori tra le rocce aumenta e le onde sismiche si propagano più lentamente attraverso queste rocce porose.

I ricercatori hanno scoperto che le loro stime sullo stoccaggio delle acque sotterranee calcolate in base al cambiamento della velocità sismica si confrontavano bene con le misurazioni dello stoccaggio delle acque sotterranee ottenute dai dati dei pozzi e dei satelliti.

I ricercatori hanno anche scoperto un importante rifornimento della falda acquifera nella San Gabriel Valley e nel Raymond Basin, probabilmente a causa dei flussi superficiali o sotterranei provenienti dalle montagne di San Gabriel.

La combinazione di una fitta rete sismica e di gravi carenze idriche ha reso Los Angeles “un luogo ideale per mostrare come i dati sismici esistenti possano contribuire al monitoraggio, alla comprensione e alla gestione delle falde acquifere”, ha affermato Mao.

Ha aggiunto che i dati sismici saranno probabilmente combinati con molti tipi di misurazioni per produrre un quadro completo delle dinamiche delle acque sotterranee necessarie per gestire risorse preziose in modo sostenibile e basato sui dati.

Mao, che diventerà professore assistente presso l’Università del Texas ad Austin ad agosto, ha detto che applicherà tecniche sismiche ad Austin per monitorare come le falde acquifere in quella regione rispondono alla ricarica artificiale.