Сейсмические волны отслеживают процесс пополнения запасов грунтовых вод в Лос-Анджелесе после зимы

Рекордные штормы 2023 года заполнили основные водоемы Калифорнии до краев, что обеспечило некоторое облегчение во время многолетней засухи, но какая часть этого рекордного дождя утекла под землю?

Шугуань Мао из Стэнфордского университета и ее коллеги применили неожиданный подход, чтобы ответить на этот вопрос применительно к мегаполису Лос-Анджелеса. Они проанализировали изменения скорости сейсмических волн, проходящих через бассейн Лос-Анджелеса, и отследили эти изменения в пространстве и времени в период с января по октябрь 2023 года.

Об этом заявил Мао в Сейсмологическом обществе Америки (SSA). Ежегодное собрание 2024 г.Их исследование показало, что уровень грунтовых вод почти полностью восстановился на очень небольшой глубине, примерно на 50 метров ниже поверхности. Однако лишь около 25% потерянных за последние два десятилетия подземных вод удалось восполнить на глубине около 300 метров и более, вероятно, из-за сложности фильтрации дождевой воды в более глубокие слои земли.

«Это означает, что одного эпического года штормов недостаточно, чтобы восстановить истощение подземных вод, накопленное во время недавних засух. Для полного восстановления глубокого водоносного горизонта потребуется еще много влажных лет», — сказал Мао.

Она отметила, что грунтовые воды составляют более 60% запасов воды, используемых в Калифорнии во время засухи.

Мао и ее коллеги являются пионерами в использовании сейсмических данных для определения уровня грунтовых вод в бассейне Лос-Анджелеса в качестве дополнения к другим методам, используемым для измерения уровня грунтовых вод. Более традиционный метод предполагает бурение скважин, что дорого и обеспечивает лишь «точечные измерения», объяснил Мао. «Вы не знаете, какой уровень между двумя колодцами или в других водоносных горизонтах, которые мельче или глубже по сравнению с вашим колодцем».

Совсем недавно исследователи использовали спутниковые измерения для обнаружения небольших изменений в деформации поверхности Земли или гравитационном поле, что хорошо помогает сделать вывод об изменениях в запасах подземных вод во времени и в регионе. «Эти поверхностные измерения не могут сказать нам, что происходит на разных глубинах, но мы, сейсмологи, можем в этом помочь», — сказал Мао.

Используя данные 65 широкополосных сейсмометров Сейсмической сети Южной Калифорнии, исследователи изучили изменения в скорости распространения сейсмических волн. Данные, которые они использовали, представляли собой «фоновые» сейсмические колебания, вызванные океанами, ветрами и деятельностью человека, а не сейсмические волны, связанные с землетрясениями.

«Эти сейсмические фоновые колебания непрерывны, что позволяет нам непрерывно измерять и отслеживать изменения сейсмической скорости», — сказал Мао.

Скорость сейсмических волн варьируется в зависимости от механического состояния материалов, через которые проходят волны. Когда уровень грунтовых вод поднимается, давление в поровом пространстве между горными породами увеличивается, и сейсмические волны медленнее распространяются через эти пористые породы.

Исследователи обнаружили, что их оценки запасов подземных вод, рассчитанные на основе изменения сейсмической скорости, хорошо сравниваются с измерениями запасов подземных вод по скважинным и спутниковым данным.

Исследователи также обнаружили заметное пополнение водоносных горизонтов в долине Сан-Габриэль и бассейне Раймонд, вероятно, из-за поверхностных или подземных потоков из гор Сан-Габриэль.

Сочетание густой сейсмической сети и острой нехватки воды сделало Лос-Анджелес «идеальным местом для демонстрации того, как существующие сейсмические данные могут способствовать мониторингу, пониманию и управлению водоносными горизонтами», сказал Мао.

Она добавила, что сейсмические данные, вероятно, будут объединены со многими типами измерений, чтобы создать полную картину динамики подземных вод, необходимую для устойчивого управления ценными ресурсами на основе данных.

Мао, которая в августе станет доцентом Техасского университета в Остине, заявила, что будет применять сейсмические методы в Остине для мониторинга того, как водоносные горизонты в этом регионе реагируют на искусственное пополнение запасов.