افت غافلگیرکننده آب زیرزمینی در حوضه رودخانه کلرادو

حوضه‌ای که آب ۴۰ میلیون نفر را تأمین می‌کند

رودخانه کلرادو (Colorado River) در غرب ایالات متحده تنها یک رودخانه نیست؛ شریان حیاتی منطقه‌ای است که حدود ۴۰ میلیون نفر، از شهرهای بزرگ تا زمین‌های کشاورزی، آب خود را از آن می‌گیرند. این حوضه به دو بخش طبیعی تقسیم می‌شود: حوضه بالادست (Upper Basin) شامل بخش‌هایی از کلرادو، وایومینگ، یوتا و نیومکزیکو، و حوضه پایین‌دست (Lower Basin) شامل بخش‌هایی از نوادا، کالیفرنیا و آریزونا. تا پیش از این، تصور غالب میان متخصصان آن بود که حوضه بالادست، به دلیل بارش بیشتر و انباشت برف در کوه‌های راکی (Rocky Mountains)، در برابر دوره‌های خشک مقاوم‌تر است. پژوهشی تازه این تصور را به چالش می‌کشد.

آنچه پژوهش تازه اندازه گرفت

گروهی از پژوهشگران به سرپرستی استر اویده‌له، دانشجوی دکتری علوم زمین در دانشگاه ویرجینیا تک، داده‌های ماهواره‌ای و هیدرولوژیکی را برای برآورد کاهش ذخایر آب زیرزمینی (groundwater) در سراسر حوضه کلرادو در بازه ۲۰۰۴ تا ۲۰۲۳ به کار گرفتند. نتیجه، که در نشریه Water Resources Research منتشر شد، دو یافته مهم داشت. نخست اینکه کاهش آب زیرزمینی در دو دهه گذشته روندی پیوسته و فزاینده بوده و از سال ۲۰۱۹ سرعت گرفته است. دوم، و مهم‌تر، اینکه در خشکسالی سه‌ساله ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۲ حوضه بالادست حدود ۱۷٫۵ کیلومتر مکعب (۴٫۲ مایل مکعب) آب زیرزمینی از دست داد، در حالی که این رقم برای حوضه پایین‌دست حدود ۹٫۴ کیلومتر مکعب (۲٫۳ مایل مکعب) بود؛ یعنی تقریباً دو برابر.

در مجموع، کل حوضه در فاصله ۲۰۰۴ تا ۲۰۲۳ حدود ۵۸٫۳ کیلومتر مکعب آب زیرزمینی از دست داده است. برای درک مقیاس این عدد، می‌توان آن را معادل آب موجود در حدود ۲۵ میلیون استخر شنای المپیک تصور کرد؛ حجمی که به‌سادگی نمی‌توان آن را با بارش یک یا دو سال جبران کرد.

چگونه آب پنهان زیر زمین را از فضا می‌سنجند

آب زیرزمینی را نمی‌توان با عکس گرفتن از زمین اندازه گرفت، چون در خلل و فرج سنگ‌ها و رسوبات پنهان است. ابزار اصلی این پژوهش، مأموریت GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) و جانشین آن GRACE-FO است؛ دو ماهواره که پشت سر هم و با فاصله چند صد کیلومتر در مدار زمین حرکت می‌کنند. اصل کار بسیار ظریف است: جرم زمین در همه جا یکسان توزیع نشده است. وقتی توده‌ای آب در زیر زمین جمع می‌شود، جرم آن ناحیه کمی بیشتر می‌شود و در نتیجه گرانش موضعی به‌اندازه‌ای ناچیز اما قابل اندازه‌گیری تغییر می‌کند. این تغییر، فاصله دو ماهواره را به مقدار بسیار کمی کم و زیاد می‌کند. با اندازه‌گیری دقیق این تغییر فاصله، دانشمندان می‌توانند تغییرات ذخیره آب را ردیابی کنند.

البته گرانش تنها آب زیرزمینی را نشان نمی‌دهد؛ برف، رطوبت خاک و آب سطحی هم جرم دارند. از این رو پژوهشگران داده‌های مربوط به آب سطحی، رطوبت خاک و ذخیره آب برفی را از سیگنال کلی کسر می‌کنند تا سهم آب زیرزمینی جدا شود. این روش، مانند آن است که بخواهیم وزن یک اسفنج خیس را در چند مرحله اندازه بگیریم و سهم آب جذب‌شده درون آن را از وزن کل تشخیص دهیم.

چرا حوضه بالادست آسیب‌پذیرتر از تصور بود

پاسخ تا حد زیادی به برف بستگی دارد. در حوضه بالادست، بخش مهمی از تغذیه سفره‌های آب زیرزمینی (aquifer recharge) از ذوب برف کوه‌های راکی می‌آید. برف به‌آرامی ذوب می‌شود و فرصت نفوذ به درون زمین را پیدا می‌کند. وقتی در سال‌های ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۲ ضخامت برف کاهش یافت، این مسیر تغذیه نیز ضعیف شد. به بیان دیگر، حوضه بالادست مانند حساب بانکی‌ای بود که بیشتر درآمدش از یک منبع فصلی می‌آمد؛ با خشک شدن آن منبع، برداشت‌ها از موجودی پیشین بیشتر شد.

نکته دوم ظریف‌تر است. حوضه بالادست در دوره‌های پرباران پیش از خشکسالی، آب زیرزمینی بیشتری ذخیره کرده بود. بنابراین بخشی از افت چشمگیر آن دوره، احتمالاً به این دلیل است که در آغاز موجودی بزرگ‌تری داشت که می‌توانست از دست برود. حوضه پایین‌دست از ابتدا تغذیه طبیعی کمتری داشت، نرخ تبخیر بالاتری دارد و تقریباً ۳۰ میلیون نفر از ۴۰ میلیون مصرف‌کننده آب رودخانه در آن زندگی می‌کنند؛ ترکیبی که آن را از دیرباز تحت فشار قرار داده بود.

تفاوت رفتاری دو حوضه

پژوهشگران با روش‌های آماری پیشرفته، رابطه آب سطحی و آب زیرزمینی را بررسی کردند. در حوضه بالادست، سطح آب زیرزمینی با تأخیری کوتاه، همان جهت تغییرات آب سطحی را دنبال می‌کند؛ یعنی وقتی آب سطحی کم می‌شود، تغذیه کاهش می‌یابد و برداشت از چاه‌ها افزایش می‌یابد. اما در حوضه پایین‌دست این پیوند ضعیف‌تر و پیچیده‌تر است؛ در برخی موارد کاهش آب زیرزمینی حتی پیش از کاهش آب سطحی رخ داده است. این الگو نشان می‌دهد که افت آب زیرزمینی صرفاً واکنشی به کمبود آب سطحی نیست، بلکه حاصل برداشت مستمر و بیش از حد انسان است.

پیوند با تغییر اقلیم و یک سند قدیمی

حوضه کلرادو امروز در وضعیت دشواری است. جریان رودخانه به دلیل گرمایش جهانی و تقسیم نادرست آب در سند موسوم به «قانون رودخانه کلرادو» در سال ۱۹۲۲، اکنون حدود ۳۵ درصد کمتر از میانگین قرن بیستم است. آن سند در دوره‌ای نوشته شد که رودخانه به‌طور غیرمعمول پرآب بود و سهمیه‌هایی تعیین کرد که امروز بیشتر از توان واقعی رودخانه است. نتیجه این است که دو مخزن بزرگ ایالات متحده، دریاچه مید (Lake Mead) و دریاچه پاول (Lake Powell)، در ماه اوت به کمترین سطح ثبت‌شده خود رسیدند.

درس مدیریتی: آب سطحی و زیرزمینی یک دارایی‌اند

پیام اصلی این پژوهش برای سیاست‌گذاران روشن است: آب زیرزمینی و آب سطحی دو منبع جداگانه نیستند، بلکه دو بخش از یک سامانه به هم پیوسته‌اند. آب زیرزمینی جریان رودخانه را در فصل‌های خشک حفظ می‌کند و رودخانه نیز در دوره‌های پرآب سفره‌ها را تغذیه می‌کند. اگر آب زیرزمینی را ذخیره‌ای بیانتها برای روز مبادا بدانیم، در واقع سرمایه‌ای را خرج می‌کنیم که بازسازی آن دهه‌ها طول می‌کشد.

آینده حوضه به چند عامل بستگی دارد: میزان بارش، وضعیت برف کوهستان، تقاضای آب و تصمیم‌های مدیریتی. اما یک نتیجه پیش از پیش روشن است: فرض اینکه حوضه بالادست به دلیل تاریخچه پربارش خود همیشه مقاوم خواهد ماند، دیگر فرض امنی نیست. گرمایش ادامه‌دار، تغییر الگوی برف و افزایش تقاضا می‌تواند هر دو حوضه را زیر فشار بیشتری قرار دهد؛ و در چنین شرایطی، شناخت دقیق رفتار آب پنهان در زیر زمین، نخستین گام برای مدیریت درست آن است.