Onderzoek toont aan dat menselijke activiteiten de watervoorraad in Arizona meer uitputten dan klimaatverandering

Onderzoek toont aan dat menselijke activiteiten de watervoorziening in Tucson sterker beïnvloeden dan klimaatverandering

Een studie geleid door onderzoekers van de Universiteit van Arizona laat zien dat decennia van grondwaterwinning door mensen de aquifers in de omgeving van Tucson veel meer hebben uitgeput dan natuurlijke klimaatschommelingen. Gepubliceerd in het tijdschrift Water Resources Research, biedt de studie de eerste multi-millennia reconstructie voor de regio, waarin de impact van menselijke activiteiten op grondwater in een langdurige context wordt geplaatst.

“Dit is de eerste keer dat we een record van de waterstand door de tijd heen hebben kunnen verkrijgen,” zei Jennifer McIntosh, hoofdauteur en de Thomas Meixner Endowed Chair of Hydrology and Atmospheric Sciences aan de Faculteit der Wetenschappen. Volgens de studie heeft neerslag sinds de klimaatperiode die bekend staat als het Laatste Glaciale Maximum – ongeveer 20.000 jaar geleden – continu de aquifer onder Tucson aangevuld. Tijdens droge klimaten drong er minder neerslag door in de aquifer, waardoor de waterstand met wel 32 meter daalde in vergelijking met de niveaus tijdens nattere periodes.

Echter, moderne waterwinning van het midden van de 20e eeuw tot nu heeft geleid tot een verdubbeling van de daling van de waterstand vergeleken met natuurlijke klimaatschommelingen. “Het benadrukt echt de impact die mensen in korte tijd op het milieu kunnen hebben,” aldus eerste auteur en recent afgestudeerde van de U of A, Chandler Noyes.

Voor deze studie was informatie over de aanvulingspercentages tussen het Laatste Glaciale Maximum en het midden van het Holoceen – ongeveer 6.000 jaar geleden – beperkt, zei McIntosh. De onderzoekers vulden kennisgaten op door de samenstelling van het water onder het Tucson-bekken, de woestijnvallei rond de stad, te analyseren. Fossiel water – neerslag die meer dan 12.000 jaar geleden in een aquifer is gekomen – is natuurlijk gemengd met water dat honderden tot duizenden jaren geleden is aangevuld en een deel dat recent is.

Om de leeftijd en aanvulgeschiedenis van het water in het Tucson-bekken te reconstrueren, identificeerde het onderzoeksteam chemische en isotopische markers die het water binnendrongen via de atmosfeer of via sedimenten van de aquifer. Hoewel deze van nature voorkomende stoffen aanwijzingen geven over de bron en leeftijd van een watermonster, is het water afkomstig van een mix van verschillende tijdperken, en zijn wiskundige modellen nodig om de overlappende markers te ontrafelen.

Het team gebruikte wiskundige modellen die meerdere markers integreerden om de leeftijden van het grondwater, de aanvulpercentages en de diepten van de waterstand over duizenden jaren te reconstrueren. Het combineren van deze markers leverde ook gegevens op om eerdere klimaatcondities af te leiden, inclusief luchttemperaturen en neerslagpatronen. “Het water dat we drinken draagt dit record van wat er met het klimaat in het Tucson-bekken is gebeurd,” zei McIntosh, toevoegend dat deze nieuwe technieken voor het koppelen van klimaat en hydrologie wereldwijd op aquifers toegepast kunnen worden.

Noyes merkte op dat de resultaten van de studie waterbeheerder helpen anticiperen op hoe aquifers zouden kunnen reageren op toekomstige veranderingen, of deze nu natuurlijk of door mensen aangedreven zijn. “Deze methoden bieden meer complete grondwaterleeftijden en een begrip van hoe de grondwaterstanden reageren op klimaatverandering,” zei hij.

Tucson-bewoners begonnen rond de jaren veertig met het intensief pompen van grondwater ter ondersteuning van irrigatielandbouw en een snel groeiende bevolking. Decennialang zijn tekenen van overexploitatie en putfalen toegenomen in een omgeving die weinig beperkingen biedt.

De Wet op Grondwaterbeheer van 1980 heeft formele controles ingesteld en duurzame maatregelen geïntroduceerd. In 1992 begon het Central Arizona Project met het leveren van Colorado-rivierwater aan Tucson. “Tegenwoordig komt ongeveer de helft van het water uit onze kranen uit lokaal grondwater, en de andere helft uit de Colorado-rivier,” zei McIntosh.

Lokale inspanningen voor conservering, in combinatie met de maatregelen op staatsniveau, hebben geholpen om veel van Tucson’s putten gedeeltelijk te laten herstellen van de zware benutting tijdens de 20e eeuw. McIntosh voegde er echter aan toe dat de resultaten van de studie aangeven dat hoewel de aquifer enigszins hernieuwbaar is, de aanvulling traag en beperkt is, en dat het klimaat een sleutelrol blijft spelen in de lange termijn beschikbaarheid van water in de regio.

“Zelfs als we terug zouden gaan naar het einde van de laatste ijstijd, toen het veel kouder en natter was in het Tucson-bekken, zouden we de hoeveelheid grondwater die we hebben verwijderd niet kunnen herstellen,” zei McIntosh. “Zelfs een echt vochtig klimaat zou ons niet redden,” wat aangeeft dat geen natuurlijke terugkeer naar nattere omstandigheden het volume water dat verloren is gegaan door pompen kan herstellen.

Een veelbelovende trend is de recente aanneming van het One Water 2100-plan door de stad Tucson, zei McIntosh. Onder andere initiatieven roept het plan op tot voortzetting en uitbreiding van het gebruik van behandeld afvalwater, waaronder het vrijgeven van het gerecycleerde afvalwater in de Santa Cruz-rivier, waar het in de grond kan sijpelen en helpt de aquifer aan te vullen. “We kunnen de aanvulling verbeteren door meer water toe te voegen,” zei ze. “Een manier om dat te doen is door ons behandeld afvalwater vrij te geven op die locaties waar we weten dat er moderne aanvulling is, waardoor de kans het grootst is dat dat water de waterstand bereikt.”