Люди оказали огромное влияние на планету: от вырубки лесов для сельского хозяйства и урбанизации до изменения химического состава атмосферы с помощью ископаемого топлива. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, впервые показывает степень воздействия человека на глобальный водный цикл, пишет discover24.ru.



В исследовании использовался спутник НАСА для измерения льда, облаков и высоты суши (ICESat-2) для сбора самого большого набора данных о сезонных уровнях воды в более чем 227 000 озер, прудов и водохранилищ по всему миру. Данные показывают, что, хотя водохранилища, управляемые человеком, составляют лишь небольшой процент от всех водных объектов, на них приходится 57% общих сезонных изменений запасов воды во всем мире.

«Мы склонны думать о круговороте воды как о естественной системе: дождь и растаявший снег текут в реки, которые текут в океан, где испарение снова запускает весь цикл», – рассказывает Сара Кули, научный сотрудник Стэнфордского университета, получившая докторскую степень в Университете Брауна. «Но люди на самом деле существенно вмешиваются в этот цикл. Наша работа демонстрирует, что они ответственны за большую часть сезонной изменчивости запасов поверхностной воды на Земле».

Кули руководила работой совместно с Лоуренсом Смитом, профессором наук об окружающей среде из Университета Брауна, и Джонни Райаном, научным сотрудником Института Брауна по окружающей среде и обществу.

Исследователи говорят, что работа обеспечивает критическую основу для отслеживания глобального гидрологического цикла, поскольку изменение климата и рост населения создают новую нагрузку на ресурсы пресной воды.

Основная задача ICESat-2, запущенного на орбиту в 2018 году, заключается в отслеживании изменений толщины и высоты ледяных щитов по всему миру. Он делает это с помощью лазерного высотомера, который использует световые импульсы для измерения высоты с точностью до 25 миллиметров.

Кули, имеющая опыт использования спутников для изучения уровня воды в арктических озерах, была заинтересован в том, чтобы использовать возможности точных измерений со спутника для определения уровня озер по всему миру. Кули говорит, что лазерный высотомер ICESat-2 имеет гораздо большее разрешение, чем инструменты, которые использовались для измерения уровня воды в прошлом. Это позволило собрать большой и точный набор данных, включающий небольшие пруды и водохранилища.

«С более старыми спутниками вы должны усреднять результаты по большой площади, что ограничивает наблюдения только крупнейшими озерами мира», – рассказывает Кули. «ICESat позволяет получить уровни для небольших озер, к которым мы не могли приблизиться раньше. Это было важно для понимания глобальной динамики воды, поскольку большинство озер и водохранилищ довольно маленькие».

С октября 2018 года по июль 2020 спутник измерил уровень воды в 227 386 водоемах, размером от Великих американских озер до прудов площадью менее 0,2 кв. км. За каждым водным объектом наблюдали в разное время года, чтобы отслеживать изменения уровня воды. Исследователи сопоставили водные объекты с базой данных водохранилищ по всему миру, чтобы определить, какие из них находятся под контролем человека, а какие являются естественными.

В то время как такие страны, как США и Канада, измеряют уровни водохранилищ и делают эту информацию общедоступной, многие страны не публикуют подобные данные. А измеряется очень мало озер и прудов, не являющихся водохранилищами. Исследователи заявили, что без точных спутниковых наблюдений провести этот анализ невозможно.

Исследование показало, что в то время как естественные озера и пруды изменяются в зависимости от сезона в среднем на 0,22 метра, водохранилища, управляемые человеком, варьируются на 0,86 метра. Если сложить показатели вместе, гораздо больший разброс в водохранилищах по сравнению с естественными озерами означает, что на водохранилища приходится 57% общей вариации. Однако в некоторых местах человеческое влияние было даже сильнее.

Например, в засушливых регионах, таких как Ближний Восток, западные штаты США, Индия и юг Африки, изменчивость, приписываемая антропогенному контролю, достигает 90% и выше.

«Из всех изменений объема пресноводных водоемов по всей планете люди влияют на изменчивость в 60% случаев», – рассказывает Смит. «Это огромное влияние на круговорот воды, которое сказывается на земном покрове и химическом составе атмосферы».

По словам исследователей, это первая глобальная количественная оценка антропогенного воздействия на круговорот воды, и ее результаты обеспечат важную основу для будущих исследований того, как эти воздействия влияют на экосистемы по всему миру.

В отдельном исследовании, опубликованном недавно в журнале Geophysical Research Letters, группа ученых смогла использовать данные ICESat-2, чтобы пролить свет на то, как используется вода из пласта.

Исследование показало, что в таких местах, как Ближний Восток, уровни водохранилищ летом обычно ниже, а зимой – выше. Это говорит о том, что вода используется в засушливый сезон для орошения и питья. Напротив, в таких местах, как Скандинавия, тенденция была противоположной. Зимой там сбрасывают воду для выработки гидроэлектроэнергии для отопления.

«Это был исследовательский анализ, чтобы увидеть, можем ли мы применять дистанционное зондирование, чтобы понять, как водохранилища используются в глобальном масштабе», – рассказывает Райан. Смит ожидает, что спутники будут играть все более важную роль в изучении круговорота воды на Земле.

Последние несколько лет она работала с НАСА над миссией по топографии поверхностных вод и океана, которая будет полностью посвящена исследованиям такого рода.

«Я думаю, что в течение следующих трех лет мы увидим взрыв высококачественных спутниковых гидрологических данных, и мы будем иметь гораздо лучшее представление о том, что происходит с водой по всей планете», – рассказывает Смит. «Это будет иметь последствия для безопасности, соглашений о трансграничных водных ресурсах, прогнозирования будущего урожая и многого другого. Мы находимся на пороге нового понимания гидрологии нашей планеты».