Voorjaarsafvoer is ouder dan je denkt: Studie onthult jarenlange ondergrondse reis

Locaties en hydrologische kenmerken van 42 hoofdwaterbekkens die voor deze studie zijn bemonsterd. De bekken waren verdeeld over vijf grote afwateringsgebieden van het Intermountain West. Onderzoek van hydrologen aan de Universiteit van Utah suggereert dat de generatie van stroomafvoer veel gecompliceerder is dan eerder werd aangenomen. De meeste lentestroomafvoer die naar reservoirs gaat, is eigenlijk meerdere jaren oud, wat aangeeft dat de meeste bergsneeuw een jarenlange onzichtbare reis als grondwater maakt voordat het de bergen verlaat.

De bevindingen tonen aan dat er veel meer water ondergronds wordt opgeslagen dan de meeste waterbeheerders in het Westen aannemen, zegt onderzoeksleider Paul Brooks, professor in de geologie en geofysica. “Gemiddeld duurt het meer dan vijf jaar voordat een sneeuwvlok die in de bergen valt, als stroomafvoer vrijkomt,” zei Brooks. “De meeste van onze modellen, of het nu gaat om het voorspellen van stroomafvoer of om te voorspellen hoeveel water bomen zullen hebben in droge jaren, zijn gebaseerd op het idee dat er heel weinig water in de bergen is opgeslagen. Nu weten we dat dit niet het geval is. Het meeste water gaat de grond in en blijft daar tussen de drie en vijftien jaar zitten voordat het door planten wordt gebruikt of in de beken terechtkomt.”

Het team verzamelde monsterdata van de afvoer op 42 locaties en gebruikte tritium-isotoopanalyses om de leeftijd van het water te bepalen; dat wil zeggen, hoeveel tijd is verstreken sinds het als sneeuw uit de lucht viel. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Communications Earth & Environment, en zijn mede-auteur door de geologieprofessoren Sara Warix en Kip Solomon, in samenwerking met onderzoekswetenschappers in het Westen.

Het bepalen van de leeftijd van bergstroomafvoer is een voorwaarde om te voorspellen hoe de berghydrologie zal reageren op veranderingen in het klimaat en landgebruik, zeiden de onderzoekers. “Als we weten dat onze beken worden ondersteund door water dat 5 tot 15 jaar oud is, moet er een vertraging zijn tussen inputopslag en respons. En hoewel onze modellen in het verleden goed waren, goed genoeg om beslissingen over watergebruik te nemen, veranderen de inputs in onze systemen. Er zullen veranderingen optreden in de ondergrond die weerspiegeld worden in de beken,” zei Warix.

Brooks voerde de bemonstering uit in 2022 tijdens een sabbatical, waarbij hij 42 locaties twee keer bezocht, eenmaal in het midden van de winter om de “basisafvoer” van de beek vast te leggen die vermoedelijk volledig door grondwater werd gevoed en opnieuw tijdens de lentestroomafvoer. “De locaties zijn plaatsen waar al behoorlijk wat onderzoek was gedaan, met een geografische spreiding van de voorkant van Colorado tot de oostelijke hellingen van de Sierra,” zei Brooks. De sites bevonden zich in Idaho, Wyoming, Utah, Colorado, Californië en New Mexico, wat vijf grote rivierbekkens vertegenwoordigt.

Volgens Solomon is het merendeel van het vers, bruikbaar water op aarde ondergronds, maar hoeveel er precies is blijft een raadsel. Het dateren van water biedt aanwijzingen, en om de leeftijd van water te bepalen, wendt Solomon zich tot tritium, een radioactief isotoop van waterstof met een halveringstijd van 12,3 jaar. Tritium wordt van nature geproduceerd in de bovenste atmosfeer, is een bijproduct van nucleaire reactoren en werd ooit geproduceerd tijdens wapenproeven tijdens de Koude Oorlog.

De gemiddelde leeftijd van de afvoer die in de studie is bemonsterd, varieert tussen de bekken afhankelijk van hun geologie. Hoe poreuzer de grond, hoe ouder het water, aangezien de ondergrond veel meer water kan vasthouden. In tegenstelling tot geglazuurde kloven met lage permeabiliteit en ondiepe ondergrond, zoals de Little Cottonwood Canyon in Utah, bieden veel minder ondergrondse opslag en jongere wateren, volgens de studie.

Voor tientallen jaren hebben federale en staatswaterbeheerders vertrouwd op een netwerk van sneeuwbedekkingsmonitoringsites om gegevens te verstrekken voor het begeleiden van voorspellingen van waterbeschikbaarheid voor het komende jaar. Het is nu duidelijk dat dergelijke sneeuwbedekkingsgegevens geen volledig beeld geven, volgens de onderzoekers. “Voor veel delen van het Westen, vooral het Interieur Westen waar deze studie is gebaseerd, zijn onze modellen in vaardigheid afgenomen,” zei Brooks.

Het groeiende verschil tussen sneeuwval, sneeuwbedekkingsvolumes en stroomafvoer wordt aangedreven door de variabiliteit in deze grote, voorheen niet gekwantificeerde ondergrondse wateropslag. Brooks noemde als voorbeeld het waterjaar 2022, dat sneeuwbedekkingen in veel Westelijke staten vertoonde die nabij of net onder het gemiddelde waren. Toch kende dat jaar een recordlaag grondwateropslag, wat resulteerde in veel lagere lentestroomafvoer.