Nedostatak vode se širi širom Zemlje. Ovo je posebno akutno u pustinjskim oblastima Bliskog istoka koje su podložne i suši i ekstremnim uslovima kao što su poplave. Kao rezultat ovih neizvesnosti, sve je veće oslanjanje na plitke vodonosne slojeve za ublažavanje ovih nedostataka. Međutim, karakteristike ovih vodonosnih slojeva ostaju slabo shvaćene zbog oslanjanja na sporadične bušotine za upravljanje njima.
Da bi se suočio sa ovim izazovom, tim istraživača na USC Viterbi School of Engineering Ming Hsieh Odsjek za elektrotehniku i računarstvo, zajedno sa saradnicima širom svijeta, razvio je novi prototip za ono što tim naziva „Radar za sondiranje u vazduhu za istraživanje pustinjske podzemne površine“. Vodonosni slojevi“, pod nadimkom „Desert-SEA“.
Nova tehnika će mapirati vrh vodonosnog sloja, koji se zove podzemna voda, obuhvatajući područja od stotine kilometara pomoću radara montiranog na avionu na velikoj visini. Prema istraživačima, Desert-SEA će po prvi put meriti varijabilnost u dubini podzemne vode u velikoj meri, omogućavajući naučnicima da procene održivost ovih vodonosnih slojeva bez ograničenja povezanih sa mapiranjem na licu mesta u oštre i nepristupačne sredine.
„Razumevanje kako se plitka podzemna voda kreće horizontalno i vertikalno je naš primarni cilj jer nam pomaže da odgovorimo na nekoliko pitanja o njenom poreklu i evoluciji u ogromnim i surovim pustinjama. To su pitanja koja do danas ostaju bez odgovora“, kaže Hegi, naučnik u USC koji je specijalizovan za radarsko daljinsko ispitivanje pustinja i vodeći autor rada koji opisuje tehnologiju u IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazinu.
Tehnika koristi niskofrekventni radar za ispitivanje tla. Radar šalje seriju impulsnih talasa u zemlju, koji se reflektuju prilikom interakcije sa slojem zasićenim vodom. Od reflektovanog signala, i korišćenjem niza naprednih antena u kombinaciji sa računarskim tehnikama, nivo vode se može mapirati sa relativno visokom vertikalnom i prostornom rezolucijom.
Kada se snimi, stabilan nivo vode obično izgleda kao ravan reflektor pošto su količine povučene vode i količina vode koja ulazi u sistem (njegovo „dopunjavanje“) skoro jednake. Međutim, ako postoji bilo kakva neravnoteža, to će se odraziti na rezultujućoj slici koja pokazuje otklon nagore ili nadole u obliku vodenog sloja.
Slična tehnika se široko koristi za sondiranje leda na Antarktiku i planetarnim telima; međutim, njegovo prilagođavanje da oseti plitke vodonosne slojeve u pustinjama zahtevalo je rešavanje nekoliko izazova u dizajnu radara koji je zahtevao tri godine napornog rada sa industrijskim partnerima u Karlsbadu, Kalifornija, da bi se rešio.
„Naročito smo morali da rešimo slepu zonu blizu površine. Podzemlje koje jako prigušuje radar, nekvantifikovani izvori buke i složeni nered mogu da prikriju otkrivanje plitkih vodonosnih slojeva. Sposobnosti našeg sistema sondiranja i premeravanja prevazilaze one komercijalnog prodora u zemlju radari, bilo da se nalaze na površini ili na dronu, naš sistem emituje jače signale, ima osetljivije prijemnike i radi brže za nekoliko redova veličine“, kaže Hegi.
Trenutne plitke karte podzemnih voda u nekoliko delova sušnih pustinja, kao što je Sahara, oslanjaju se na podatke iz bunara koji su udaljeni desetinama, stotinama, a ponekad čak i hiljadama milja, što bi moglo dovesti do netačnih procena njihove zapremine i dinamike.
Hegi sugeriše da bi ovo bilo kao da saznate podatke o podzemnim vodama u čitavim Sjedinjenim Državama isključivo gledanjem podataka iz bunara u Nju Džersiju. (Pustinjska oblast Severne Afrike i Arapskog poluostrva je dvostruko veća od kontinentalnih Sjedinjenih Država). Dakle, sami dnevnici ne mogu dati odgovarajuću procenu njihove brze evolucije, upozorava Hegi.
Prema istraživačima, sposobnost Desert-SEA da prenosi signale velike snage i koristi naprednu obradu na brodu može popuniti praznine u podacima predstavljenim geografskom distribucijom evidencije bunara.
Sa ovim novim prototipom, Hegi predviđa da bi čak i sa malim avionom koji leti brzinom od dvesta milja na sat, tim mogao da pokrije za sat vremena ono što bi istraživači obično pokrili za godinu dana iz podataka iz bunara.
Koautor Bill Brovn je bio vodeći inženjer na projektu. Braun kaže: „Radar u pustinjskom moru predstavlja značajan napredak u senzorima u vazduhu i inženjeringu životne sredine. Integracijom radara visoke frekvencije sa AI tehnologijama, on može da generiše trodimenzionalna mapiranja podzemnih izvora vode u realnom vremenu. Ova sposobnost je ključna za obezbeđivanje održivog upravljanja vodama u sušnim regionima“.
Iako će ova tehnologija biti testirana na Bliskom istoku, ona ima široku primenu na drugim mestima koja su podložna dugotrajnim sušama, posebno u centralnoj Aziji i Australiji, pa čak i u pustinjama u SAD.
Ova tehnologija najbolje funkcioniše u veoma suvim oblastima kao što je pesak i njen poseban značaj prevazilazi razumevanje trenutnog snabdevanja vodom. Takođe se može koristiti za ponovljene procene da bi se razumela održivost poljoprivrede i, shodno tome, za obezbeđivanje sigurnosti hrane za stanovnike ovih ekstremnih sredina.
„Mogućnost da zavirimo više od 100 stopa duboko kroz suvi pesak, preko ogromnih pustinja iu rekordnom vremenu, omogućiće nam da odgovorimo na osnovna pitanja o osekama i osekama podzemnih voda u ovim regionima i kako ih možemo koristiti u održiviji način“, rekla je Elizabet Palmer, Fulbrajtova stipendista koja radi na projektu.
„Uvek mi je drago da učestvujem u vazdušnim istraživačkim misijama. Međutim, pošto će misija Desert-SEA imati humanitarni uticaj na ublažavanje vodenog stresa, to mi daje jedinstven osećaj motivacije i ponosa,“ Akram Amin Abdelatif, istraživač na Tehničkom fakultetu Univerzitet u Minhenu (TUM) primetio.
Sledeći korak za istraživački tim je da uzme ovaj dizajnirani prototip i napravi model leta koji će biti implementiran na helikopterima i avionima sa fiksnim krilima.
