Sismik aletlerle yeraltı suyu izleme

Yüksek dağlık bölgelerdeki suyun birçok yüzü vardır. Zeminde donmuş, eğimleri sabit tutan bir çimento temel gibidir. Buzul buzu ve kar, erime mevsimi boyunca nehirlere ve dolayısıyla dağ eteklerine içme ve tarım için su sağlar. Öte yandan, ani sel ve toprak kaymalarıyla birlikte yoğun sağanak yağışlar, vadilerdeki insanlar için hayati tehlike oluşturan bir risk oluşturmaktadır. Su depolama kabiliyetine sahip alt toprak, bu nedenle dağlık bölgelerde varoluşsal bir rol oynar.

Ancak ulaşılması zor alanlarda toprak rezervuarının ne kadar boş veya dolu olduğunu nasıl belirleyebiliriz? Alman Yerbilimleri Araştırma Merkezi’ndeki (GFZ) araştırmacılar, Nepal’den meslektaşları ile birlikte, şimdi yüksek dağlarda yeraltı suyu dinamiklerini izlemek için zarif bir yöntem ortaya koydular: hassas aletler. Tıbbi ultrasona benzer şekilde, dalgaların farklı yeraltı koşullarında farklı şekilde yayılması gerçeğinden yararlanırlar. GFZ’den Luc Illien, Christoph Sens-Schönfelder ve Christoff Andermann liderliğindeki araştırmacılar, AGU Advances dergisinde bunu rapor ediyorlar .

Depremlerden iyi bilinen sismik dalgalar. Yeraltındaki bir kırılmadan sonra, hızla yayılırlar ve yıkıcı güçleri serbest bırakırlar. Bununla birlikte, örneğin kamyonlar, tramvaylar veya – dağlarda – düşen kayaların neden olduğu çok daha küçük dalgalar da vardır. Yer aslında her zaman titriyor. Yer biliminde buna “sismik gürültü” denir. Deprem tespitinde sismometrelerin ölçülen verilerinden zahmetli bir şekilde çıkarılması gereken şey, yeraltına bakıldığında değerli bir bilgi kaynağı olduğu ortaya çıkıyor. Bunun nedeni, sismik dalgaların suya doygun bölgede, vadoz bölgesi olarak da adlandırılan doymamış bölgeden farklı şekilde yayılmasıdır.

GFZ’de bir doktora öğrencisi olan Luc Illien ve meslektaşları, deniz seviyesinden 1.200 ve 2.300 metre yükseklikte iki Nepal sismik istasyonunu kullandılar. Luc Illien şöyle diyor: “Nepal Himalayaları, Güney Asya nüfusunun büyük bir kısmına hayati su kaynakları sağlıyor. Bu suyun çoğu, kötü bir şekilde tanımlayabileceğimiz dağ yeraltı suyu rezervlerinden akıyor.” Çalışma alanı, Çin ile Nepal arasında bir sınır nehri olan Bothe Koshi’ye giden küçük bir kolun su toplama alanını oluşturuyordu. Ekip, birkaç meteoroloji istasyonunu ve seviye göstergelerini kullanarak, bazen her dakika, üç muson mevsimi boyunca veri topladı. Buradan, sismik kayıtlarla karşılaştırabilecekleri bir yeraltı suyu modeli oluşturdular. Sonuç: Bothe Koshi’ye akan akış esas olarak derin akiferden beslenir. Kuru mevsimde vadiden çok az su akar. Muson’da seviyeler yükselir, ancak iki farklı aşama tanımlanabilir. İlk olarak, deşarjı artırmadan yağmur yağar, ancak daha sonra yağış ile nehir seviyesi arasında net bir ilişki ortaya çıkar. Çalışmanın yazarlarından Christoff Andermann, “İlk yağış, başlangıçta yüzeye yakın topraktaki rezervuarları doldurur. Toprak suya doyduğunda, nehirlere doğrudan bağlanan derin yeraltı suyu rezervuarı dolar. Yeraltı suyundaki artış, hemen yükselen nehir suyu seviyelerine yansıtılır. ” İlk yağış, başlangıçta yüzeye yakın topraktaki rezervuarları yeniler. Toprak suya doyduğunda, doğrudan nehirlere bağlı olan derin yeraltı suyu rezervuarı dolar. Yeraltı suyundaki artış hemen yükselen nehir suyu seviyelerine yansıtılır. ” İlk yağış, başlangıçta yüzeye yakın topraktaki rezervuarları yeniler. Toprak suya doyduğunda, doğrudan nehirlere bağlı olan derin yeraltı suyu rezervuarı dolar. Yeraltı suyundaki artış hemen yükselen nehir suyu seviyelerine yansıtılır. “

Sismometrelerden gelen verilerle yapılan karşılaştırma, vadoz bölgesinin doygunluğunun sismik gürültüden iyi bir şekilde çıkarılabileceğini göstermiştir. Christoph Sens-Schönfelder, “Yalnızca hidrolojik gözlemleri sismik ölçümlerle birleştirerek vadoz bölgesinin yağış ve yeraltı suyu rezervuarı arasındaki bir bağlantı olarak işlevini analiz edebiliriz” diyor. İlk yazar Luc Illien: “Rezervuarın nasıl dolduğunu ve boşaldığını anlamak, sürdürülebilirliğini değerlendirmek için çok önemlidir. Bundan yola çıkarak, sadece yüzey akışı için tahminler yapmakla kalmaz, aynı zamanda artan toprak kayması ve ani sel riskine karşı da uyarıda bulunabiliriz. Örneğin, toprak zaten suya doymuşsa, yağış daha yüzeysel olarak akacak ve eğimleri uzaklaştırabilir. İklim değişikliği, büyük ölçekli hava modellerinde değişikliklere katkıda bulunarak ve dağ ortamını istikrarsızlaştırarak durumu daha da kötüleştiriyor. Çalışmaya katkıda bulunan GFZ Bilimsel Direktörü Niels Hovius, “Nepal’deki çalışmalarımız ve sonuçları, çok sayıda etkileyen faktörün izlenmesinin ne kadar önemli olduğunu gösteriyor. Bunlar arasında yeraltı suyu depolaması, arazi kullanımındaki değişiklikler, arazi örtüsü ve yağış rejimleri yer alıyor. ve bu tür değişiklikleri tahmin etmek, özellikle buzullar erimeye devam ederken, tatlı su kaynaklarının ve dağ manzaralarının geleceğini daha iyi tahmin etmemize yardımcı olacaktır. ” arazi kullanımı, arazi örtüsü ve yağış rejimlerindeki değişiklikler. Bu tür değişiklikleri yakalamak ve tahmin etmek, özellikle buzullar erimeye devam ederken, tatlı su kaynaklarının ve dağ manzaralarının geleceğini daha iyi tahmin etmemize yardımcı olacaktır. ” arazi kullanımı, arazi örtüsü ve yağış rejimlerindeki değişiklikler. Bu tür değişiklikleri yakalamak ve tahmin etmek, özellikle buzullar erimeye devam ederken, tatlı su kaynaklarının ve dağ manzaralarının geleceğini daha iyi tahmin etmemize yardımcı olacaktır. “