Verouderde grondwatergegevens onthullen regionale kwetsbaarheden voor klimaatverandering

Overzicht van het gravitationele neerslag edelgas isotopen WTD-proxy.

Tijdens de laatste ijstijd doordrenkten stormen het huidige dorre Zuidwesten van de VS, terwijl het regenachtige Pacific Northwest relatief droog bleef. Naarmate de wereldwijde temperaturen stegen en de ijskappen zich terugtrokken, verschoven deze stormen naar het noorden, wat de klimaatpatronen die beide regio’s vandaag de dag definiëren, hervormde.

Onderzoek gepubliceerd in Science Advances onthult dat de grondwaterstanden in de twee regio’s verschillend reageerden tijdens deze dramatische verschuiving. Terwijl het Pacific Northwest weinig verandering in de diepte van de grondwatertafel zag ondanks toegenomen neerslag, ervoer het Zuidwesten een aanzienlijke grondwaterverliezen. De bevindingen suggereren dat de aquifers in het Zuidwesten—cruciaal voor miljoenen mensen—kwetsbaarder kunnen zijn voor toekomstige klimaatveranderingen.

“Gemiddeld suggereren klimaatmodellen dat het Zuidwesten van de VS droger kan worden, terwijl het Pacific Northwest tegen het einde van de eeuw natter kan worden,” zei Alan Seltzer, associate scientist aan het Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) en hoofd auteur van de studie.

Seltzer en zijn co-auteurs, waaronder zeven wetenschappers verbonden aan WHOI, hebben nieuwe gegevens over grondwaterstanden opgebouwd vanuit de Laatste Glaciale Termijn, een periode van opwarming, verlies van ijskappen en grote milieuwijzigingen die zich tussen 20.000 en 11.000 jaar geleden voordeden. “De laatste ijstijd biedt ons een venster om de dynamiek van grondwater te verkennen die mogelijk zeer relevant is voor toekomstige veranderingen,” zei Seltzer.

Grondwater is de grootste bron van bruikbaar zoet water op aarde, en voorziet tot de helft van het water dat mensen gebruiken voor drinkwater, landbouw en industrie. Maar met miljoenen putten die dreigen droog te vallen door ons veranderende klimaat, is het van cruciaal belang om te begrijpen hoe grondwater reageert op langdurige klimaatveranderingen voor toekomstige planning.

Moderne grondwaterrecords zijn beperkt tot de afgelopen paar eeuwen en worden bemoeilijkt door menselijke activiteiten. Om langdurige trends te onderzoeken, analyseerde het onderzoeksteam fossiel grondwater van 17 putten in Washington en Idaho, dat teruggaat tot wel 20.000 jaar geleden. Met een nieuwe methode ontwikkeld door Seltzer, maten ze isotopen van xenon en krypton—edelgassen die gevoelig zijn voor gravitationele scheiding—om de diepten van de vroegere grondwatertafel te berekenen.

De analyse van het team toonde aan dat de grondwaterstanden in het Pacific Northwest opmerkelijk stabiel bleven van de Laatste IJstijd tot het vroege Holoceen, ondanks de toegenomen neerslag. Ze combineerden de resultaten met eerder werk onder leiding van Seltzer, waaruit bleek dat de waterstanden in Zuid-Californië scherp daalden als reactie op een verlies van neerslag tijdens de deglaciatie. “Teruggaan in de tijd naar grote amplitude veranderingen helpt ons om het gedrag van een systeem, zoals grondwater, te begrijpen, wat we mogelijk moeilijk kunnen vastleggen met korte moderne records,” zei Seltzer.

Om deze bevindingen te valideren, vergeleken de onderzoekers de oude grondwaterdata met simulaties van een aardmodel dat grootschalige grondwaterprocessen omvat. “Het model gaf bijna exact hetzelfde antwoord als de isotopemetingen,” zei Seltzer. “Dit was een opwindend resultaat dat suggereert dat zelfs relatief eenvoudige grondwatermodellen belangrijke dynamieken kunnen vastleggen.”

De studie benadrukt niet alleen de kwetsbaarheid van de Zuidwestelijke aquifers, maar toont ook aan hoe het combineren van paleoklimaatdata met moderne modellen de toekomstige waterresourceplanning wereldwijd kan verbeteren. “Hoewel deze studie zich richtte op het westen van Noord-Amerika, konden we met deze modelsimulaties in combinatie met de nieuwe inzichten uit de oude records van de grondwatertafel gebieden van zorg wereldwijd in kaart brengen,” zei co-auteur Kris Karnauskas, associate professor in de atmosferische en oceanografische wetenschappen aan CU Boulder.

“Door verder te kijken dan alleen neerslag, zouden deze resultaten moeten helpen om onderzoek en aanpassingsinspanningen te richten op gebieden met verhoogde wateronzekerheid in de toekomst.”

Een gerelateerde studie over fossiel grondwater, geleid door het laboratorium van Seltzer in samenwerking met de Universiteit van Manchester, richtte zich op geologische inzichten van oud grondwater in het Pacific Northwest. Gepubliceerd in het tijdschrift Nature Geoscience, analyseert de studie grondwater van 17 putten in het Palouse Basin Aquifer dat zich uitstrekt over de grens van Washington en Idaho, en maakt gebruik van een nieuwe analytische techniek die is ontwikkeld bij WHOI om de vulkanische gasinvoer naar de aquifer te identificeren, ondanks een gebrek aan moderne vulkanische of tektonische activiteit in de regio. Deze bevindingen kunnen wetenschappers een beter idee geven van de geologische en chemische processen die zich diep in de aarde afspelen, wat aangeeft dat diffuse gasfluxen vanuit de ondiepe mantel zich mogelijk breed kunnen voordoen in vulkanisch inactieve gebieden.