Istraživači sa Caltech-a razvili su novu metodu za merenje vlage u tlu u plitkom podzemnom regionu između površinskih i podzemnih vodonosnih slojeva. Ova regija, nazvana zona vadoze, ključna je za biljke i useve da dobijaju vodu kroz svoje korenje.
Međutim, merenje kako ova podzemna vlaga fluktuira tokom vremena i između geografskih regiona tradicionalno se oslanja na satelitske snimke, koje samo daju proseke niske rezolucije i ne mogu da prodru ispod površine. Pored toga, vlaga u zoni vadoze se brzo menja – grmljavina može zasititi region koji se osuši nekoliko dana kasnije.
Nova metoda se oslanja na seizmičku tehnologiju koja obično meri kako se tlo trese tokom zemljotresa. Međutim, može otkriti i vibracije ljudskih aktivnosti, poput saobraćaja. Kako ove vibracije prolaze kroz zemlju, one se usporavaju prisustvom vode — što je više vlage, to se vibracija kreće sporije. Nova studija meri sadržaj vode u zoni vadoze kroz seizmičku tutnjavu iz svakodnevnog saobraćaja.
Istraživanje je rezultat saradnje između laboratorija hidrologa Ksiaojinga (Rubi) Fua, docenta mašinstva i građevinarstva; i seizmolog Zhongven Zhan, profesor geofizike. Rad koji opisuje rad pojavljuje se u časopisu Nature Communications 5. avgusta.
Nova metoda je zasnovana na tehnici pionirskoj u Zhan laboratoriji, nazvanoj distribuirano akustično sensing (DAS). Ovom tehnikom, laseri se usmeravaju u neiskorišćene podzemne kablove sa optičkim vlaknima (poput onih koji pružaju internet).
Kako seizmički talas, ili bilo koja vrsta vibracije, prolazi kroz kabl, lasersko svetlo se savija i prelama. Merenje pomeranja u ovom laserskom svetlu daje istraživačima informacije o talasu koji prolazi, čineći kabl od 10 kilometara ekvivalentnim liniji hiljada konvencionalnih seizmičkih senzora.
Nakon zemljotresa magnitude 7,2 u Ridžkrestu u Kaliforniji 2019. godine, Zhan je postavio DAS niz na obližnjem kablu za merenje naknadnih potresa. U saradnji sa Fuom, tim je brzo shvatio da se niz takođe može koristiti za merenje kako se svakodnevne podzemne vibracije menjaju u zavisnosti od sadržaja vode u tlu.
Tokom pet godina, tim je prikupljao podatke i kreirao modele kako bi ilustrovao kako vlaga u zoni vadoze varira tokom vremena. Otkrili su da se tokom istorijske suše u Kaliforniji od 2019. do 2022. godine, vlaga u zoni vadoze značajno smanjila brzinom od 0,25 metara godišnje, premašujući srednju prosečnu količinu padavina.
„Sa gornjih 20 metara tla u regionu Ridžkresta, možemo ekstrapolirati na celu pustinju Mohave“, kaže Jan Jang, diplomirani student geofizike i koautor studije.
„Naša gruba procena je da svake godine zona vadoze u Mohaveu gubi količinu vode koja je ekvivalentna Huverovoj brani. Tokom sušnih godina od 2019. do 2022., zona vadoze je bila sve suva.“
Sposobnost merenja vlažnosti vadozne zone u realnom vremenu je ključna za upravljanje upotrebom vode i naporima za očuvanje. Zatim, tim namerava da primeni tehnologiju u drugim regionima osim pustinje.
„Znamo da ovaj metod zaista dobro funkcioniše za ovu konkretnu lokaciju“, kaže Fu. „Mnogi drugi interesantni regioni sa istom klimom mogli bi da imaju različite hidrološke procese, poput centralne Kalifornije, gde poljoprivredne operacije povlače vodu, ali region takođe dobija topljenje snega sa planina Sijera Nevade.“
Seizmološki instrumenti nikada nisu korišćeni za merenje vlage u zemljištu u tako velikom obimu u tako produženom i kontinuiranom vremenskom periodu.
