NASAは宇宙からカリフォルニアの地下水危機を監視している

カリフォルニア州サンホアキン渓谷のテュレア盆地周辺の土地には、独特の窪みと隆起がある。これらの奇妙な窪みの原因は、西海岸を悩ませている地震ではない。その地域の地下水、つまりその地域の土壌に蓄えられた水を掘り出すために使われた人工の井戸によるものだ。

サンホアキン バレーは米国で最も農業生産性の高い地域のひとつで、国内の食糧のほぼ半分を供給しています。セントラル バレー帯水層システムの歴史的な流域であるテュレア盆地は、その水の大部分を近くの山々からの雪解け水から集めており、一部は他の導水路や運河から輸入されています。帯水層システム全体で約 650 万人の住民に飲料水を供給しています。しかし、カリフォルニアでは度重なる干ばつ、水不足、山火事のリスク増加により、人間は地下水資源を限界まで使い果たしています。

実際、私たちはテュレアリ帯水層からあまりにも多くの水を汲み上げてきたため、カリフォルニアの地下水は枯渇の危機に瀕している。テュレアリ盆地の水不足に地元が長年取り組んできたが、政府機関も独創的な解決策で介入している。最近、NASAの水文学者チームが、地下水管理を監視し情報を提供する新たな視点を提案した。それは、周回衛星だ。この研究は、3月9日に科学誌「サイエンティフィック・リポーツ」に掲載された。

地下水盆は、通常、土と岩石粒子の間の空間を占めており、干ばつの場合には地元の水源供給を支えるために使用できます。この地下水は、都市や農業のあらゆるニーズに頼る一種の「貯蓄口座」であると、研究の第二著者であり、NASAジェット推進研究所の水資源研究者であるキラ・キムは言います。
「[テュレア盆地]は農業が盛んな地域なので、維持するには大量の水が必要になるのが欠点です」と彼女は言う。

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こうした農業活動やその他の人間の活動によって土地システムが過剰に枯渇したため、地表層が徐々に沈下しています。この問題は地盤沈下と呼ばれ、塩、石油、またはこの場合は水などの地球の天然資源が地表下で移動することによって発生します。地盤沈下は必ずしも驚くべきことではありませんが、干ばつ期間中にセントラルバレーの土地が急速に沈下していることに、地域や NASA の科学者たちは警戒しています。その結果、テュレア盆地は年間約 1 フィートの速度で沈下しています。

地盤沈下は、地球の表面に構造的な損傷を引き起こす可能性があり、その上に建造物もその対象となります。「道路、橋、パイプなどの公共インフラが損傷し、地表が年間 1 フィートも沈下しています」とキム氏は述べ、「水を貯めるスペースが永久に失われることもあります。つまり、貯金口座の限度額が減っているようなものです」と付け加えました。

地盤沈下は、地球の表面に構造的な損傷を引き起こす可能性があり、その上に建造物もその対象となります。「道路、橋、パイプなどの公共インフラが損傷し、地表が年間 1 フィートも沈下しています」とキム氏は述べ、「水を貯めるスペースが永久に失われることもあります。つまり、貯金口座の限度額が減っているようなものです」と付け加えました。

アリゾナ大学の水文学教授トーマス・メイクスナー氏は、雨季が過ぎれば地下水位は回復できると説明する。同氏は地球をスポンジに例え、人々が水を「絞り出す」と収縮し、水を吸収すると膨らむと説明する。しかし、コミュニティや産業は「水が補充されるよりも速いペースで水を引き出している」とメイクスナー氏は言う。

科学者たちはまた、水の埋蔵量の明確な基準を持っていないとメイクスナー氏は言う。このことは、貴重な資源が時間の経過とともにどれだけ使用されているかを測定する上で、さらに別の障害となる。「地下水の量の実際の変化をより正確に推定することは、これらの地下水盆地をより適切に管理するのに本当に役立つ」とメイクスナー氏は言う。

NASA はこれまで、セントラルバレーの水位と地下水の過剰汲み上げの影響を評価するために衛星データを使用してきました。現在、キムのチームは新たな知見を提供しています。彼らは、テュレア盆地の 2 つの沈下土壌層の月ごとの変動を調査するモデルを作成しました。彼らは、重力回復および気候実験 (グレース) とグレース フォローオンの 2 つの衛星からの水分損失データを利用し、さらに、地球表面の高さを継続的にレーダー マッピングできる 2 つの衛星からなる ESA センチネル 1 からの地表レベルの変化に関するデータと組み合わせました。

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「地下水の枯渇と地盤沈下の関係は、時間的にも空間的にも直線的ではない」とキム氏は言う。つまり、こうした水位の低下と上昇は、必ずしも予想される原因と一致するわけではない。研究によると、大雨は帯水層の水位を再び満たすが、土地を上昇させる代わりに、沈下させることもあるという。

こうした短期的な変化は、地元や立法府の管理にとってより現実的な時間枠で、水資源をより効率的に配分するために地元コミュニティや農家が何をする必要があるかを科学者が理解するのに役立つと彼女は説明する。

衛星は、地下水の変化よりも、曲がりくねった川や湖の監視や観察が従来より容易である。しかし、グレース衛星は重力を利用して、地表下にある水の質量を測定する。研究チームの調査結果によると、こうした地形の変化は、水位に影響を与える大雨などの現象ではなく、帯水層の体積変化によるものであることがわかった。

研究の次のステップとして、キム氏はこの新しいデータをNASA-ISRO SARミッション（Nisar）と組み合わせて、カリフォルニア州の他地域、さらには世界中の天然資源のより優れたモデルを作成したいと考えています。2023年に打ち上げが予定されているNisarは、NASAとインド宇宙研究機関の共同プロジェクトであり、環境データの範囲を広げるのに役立つ国際的なパートナーシップです。3年間のミッションでは、地球の変化する生態系と氷塊を測定し、科学者に自然災害、海面上昇、地下水に関する詳細な情報を提供します。

「全体的に、水を取り巻く文化は変化しています」とキム氏は言う。「水に関するより実践的な管理へのシフトが実際に見られており、これは本当に前向きな変化です。」