נתוני לווינים מספקים את תמונת מאגרי מי- התהום בכדור הארץ

פורסם במגזין Science Daily
18 ביוני, 2014

מדענים הדגימו כי נתונים שנאספו מלוויינים יכולים למדוד במדויק את רמות המים באקוויפרים(aquifers) . ממצא זה הוא בעל השלכות פוטנציאליות עצומות על ניהול מקורות המים הגלובליים, המהווים משאב יקר ערך.

מדעני אוניברסיטת סטנפורד מוכיחים כי נתונים שנאספו ע"י לוויינים יכולים למדוד במדויק את מי-התהום, המהווים משאב חשוב ביותר להשקיית יבולים.

סופרמן הוא לא היחיד שיכול לראות דרך משטחים מוצקים. פיתוח זה עשוי לחולל מהפך בניהול מי-התהום של העולם, המהווים משאב יקר ערך, וחוקרי סטנפורד הם הראשונים להשתמש בלוויינים למדידה מדויקת של רמות המים הנאגרים בעומק עשרות מטרים מתחת לפני הקרקע.

ממצאיהם פורסמו לאחרונה במגזין, "Water　Resources　Research".

מי-תהום מספקים 40%-25% מכלל מי השתייה ברחבי העולם, ומהווים את מקור המים השפירים העיקרי בארצות צחיחות רבות – לפי ה – "National　Groundwater　Association". כ-60% ממי-התהום הנשאבים משמשים להשקיית יבולים. בארה"ב, המספר מתקרב ל-70%. יחד עם זאת, ברוב העולם, מאגרי מי-התהום/ האקוויפרים, מנוהלים באופן כושל ומתרוקנים במהירות עקב מחסור בנתונים לגבי רמות פני המים. פיתוח מודלים תת-קרקעיים ויכולת חיזוי של מאזני המים, מהווים אתגר משמעותי בהקשר הנדון.

Rosemary　Knight, אחת השותפות למחקר, שהיא פרופסור לגיאופיזיקה וחוקרת בכירה במכון "Stanford Woods Institute for the Environment", השוותה את אופן השימוש במי-התהום לניהול לא תקין של חשבון בנק: "זה כאילו הייתי אומרת כי אפרוש ואחיה על חסכונותיי, בלי לדעת כמה יש לי בחשבון".

החוקרת הראשית, Jessica　Reeves, פוסט-דוקטורנטית בגיאופיזיקה, הרחיבה את האנלוגיה של פרופסור 　Knight,
לקשר בין חקלאים המשתמשים באותו מקור מי-תהום. "דמיינו כי יש לכם חשבון בנק משותף עם מישהו אחר, המושך ממנו כסף ללא ידיעתכם."

עד היום, הדרך היחידה בה מנהל משאבי מים היה יכול להשיג נתונים לגבי מפלס מי-התהום ("water　table") באגן היקוות מסוים, היה על-ידי ביצוע קידוחי בקרה. התהליך　 יקר בזמן ובמשאבים, בייחוד באקוויפרים סגורים("confined　aquifers") שהם מאגרי מים עמוקים המופרדים מפני הקרקע ע"י שכבות רבות של חרסית (clay) בלתי חדירה. אולם אפילו דרך זו אינה מבטיחה בהכרח השגת נתונים מדויקים. רוב הנתונים, הזמינים מניטור בארות במערב ארה"ב, הם ישנים, ובעלי איכות ויישום מדעי משתנים. והבעיה אף מורכבת יותר: לא כל נתוני הבארות גלויים לציבור.

כדי לפתור את האתגרים הללו, התכנס צוות שכלל את: Reeves, Knight, פרופסור ,Howard　Zebker המסונף למחלקה לגיאופיזיקה ולהנדסת חשמל של　 "Stanford　Woods　Institute",　 פרופסור Peter　Kitanidisמהמחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית של סטנפורד ו- Willem Schreüderמחברת 　"Principia　Mathematica　Inc.".

הקונספט הבסיסי: לבחון את המידע המופק ע"י לוויינים המשתמשים בגלים אלקטרו-מגנטיים כדי לנטר את גבהי קליפת כדור הארץ, בדיוק של עד כדי מ"מ אחד, ולנסות ולגזור ממנו רמזים לגבי מצב מי-התהום.
הטכנולוגיה (InSAR) "Interferometric　Synthetic　Aperture　Radar" , שימשה בעבר בעיקר לאיסוף נתונים על הרי געש, רעידות אדמה ומפולות קרקע.

בעזרת מימון של NASA השתמשו החוקרים ב-InSAR כדי לבצע מדידות ב- 15 אתרים בעמק San Luis, שבמדינת קולורדו. עמק זה מהווה אזור חקלאי חשוב ונתיב של נדידת ציפורים. בהסתמך על שינויים שנמדדו בגבהי קליפת כדור-הארץ, המדענים יצרו מודלים של מדידות ברמת מים שנאספו בשלושה מהאקוויפרים הסגורים, מידע שתאם את נתוני הניטור ע"י קידוחים מבארות סמוכות.

"אם נוכל להפעיל את הטכנולוגיה הזו בין הבארות, נוכל למדוד את רמות מי התהום על פני שטחים גדולים, ללא שימוש בניטור קרקעי רב," אמרהReeves.

בפריצת הדרך הזו יש פוטנציאל לספק למנהלי משאבי המים של מדינת קולורדו, ומדינות אחרות, נתונים בעלי ערך רב כדי שייבנו מודלים להערכת תרחישים, כגון השפעת גידול האוכלוסייה או הבצורת על מי התהום.

כמו שמחשבים וטלפונים חכמים נעשים יותר ויותר מהירים, גם נתוני הלווייניים רק ילכו וישתפרו. הדבר אומר שיהיו יותר נתונים איכותיים לניטור ולניהול מי התהום. בסופו של דבר, נתוני 　InSARיוכלו למלא תפקיד חיוני במדידת שינויים עונתיים באספקת מי התהום, ולסייע בקביעת רמות מי התהום לשימוש בר-קיימא במים.

בינתיים, הגברת Knight צופה בסיס נתונים של סטנפורד, שיהיה מקוון וידידותי למשתמש, אשר יאגד ממצאי InSAR ומגוון נתוני חישה מרחוק של לחות הקרקע, משקעים ופרמטרים אחרים הרלבנטיים למאזן המים.
"מעט מאד, אם בכלל, מנהלי מי תהום, נכנסים לאיזשהו מאגר נתונים," אמרה 　Knightאשר יחד עם Jingyi Chen 　וחוקרים נוספים מאוניברסיטת דרום קרוליינה הגישו לאחרונה ל-NASA 　בקשת מענק להקמת הקונספט המוצע.

הידיעה באדיבות מקורות