A talajvízszint drámai emelkedése a Száhel-övezetben
A tájszintű vízmegtartási projektek a talajvízszint növekedését indukálhatják
Éppen műholdas távérzékelési adatokat nézegettem, amikor valami érdekes dologra lettem figyelmes. Ezek a távérzékelési adatok a gravitációs vonzást használták fel a Föld nagy víztömegeinek elmozdulásainak mérésére. Igazán rendkívüli dolog, hogy a gravitáció segítségével lehet mérni a vizet. Ez a módszer a tudósok számára igen hatékony eszközzé vált a Földön található víz megértéséhez. Körülbelül 320 km × 320 km felbontással láthatják, mennyi víz található az egyes területeken. A módszer az úgynevezett szárazföldi víztárolást (Terrestrial Water Storage, TWS) méri, amely magában foglalja a felszíni vizet, a talajnedvességet és a talajvizet.
A fenti adatok Csádból származnak, az északi szélesség 13,5° és a keleti hosszúság 17° koordinátáiról. Megnéztem más helyeket is a Sahel-övezetben ugyanazon a szélességi körön, és ott is mindenhol exponenciális növekedést tapasztaltam. Így írtam egy kis Python-kódot, letöltöttem az összes műholdas adatot, és átnéztem az észak 13,5°-os szélességi kör mentén húzódó sávot Szenegáltól Malin, Burkina Fasón, Nigeren és Csádon át Szudánig. És lám, ott is mindenhol exponenciális növekedést tapasztaltam. A növekedés a kontinens közepén, Csádban volt a leggyorsabb.
[Az x-tengely itt a hosszúsági fokot jelöli, úgyhogy képzeljük el, mintha a Száhel-övezeten haladnánk át. Az y-tengely pedig azt mutatja, milyen gyorsan növekszik exponenciálisan a szárazföldi vízkészlet]
A felszíni vízkészletek növekedése azt jelenti, hogy a talajvízszint is emelkedik, ami rendkívül fontos, mivel jelentős hatással van a társadalom vízellátására. Világszerte számos helyen túlzott mértékű talajvízkitermelés tapasztalható. Éppen ezért különösen érdekes, ha vannak olyan területek, ahol a talajvízszint jelentősen emelkedik.
Így hát elkezdtem utánajárni, hogy miért változik ez a felszíni víztároló.
Az ember azt gondolhatná, hogy a szárazföldi víztartalékok növekednek, mert egyre több eső esik. Susanna Werth, egy geodéta, aki távérzékelési adatok segítségével követi nyomon a bolygó víztömeg-mérlegét, 2003 és 2013 között tanulmányozta a Niger-medencét, és rejtélyes jelenségre bukkant: a szárazföldi vízkészletek jelentősen nőttek a Niger-folyó medencéjében és annak legtöbb mellékmedencéjében, ugyanakkor ugyanebben az időszakban nem volt olyan mértékű csapadéknövekedés, amely ezt megmagyarázhatta volna [Werth 2017].
Magyarázata inkább a csapadék lehullása utáni viselkedésére mutatott rá: a csapadék nagy része az alacsonyan fekvő területekre folyik, és onnan lassan beszivárog a talajvízrétegekbe, hogy azokat feltöltse – ezt a mechanizmust számos hidrológus kiemelte a régió esetében.
Az első elképzelésem arról, hogy miért következett be ez a hatalmas ugrás a szárazföldi vízkészletekben, az volt, hogy ez a Sahel-övezetben a „Nagy Zöld Fal” keretében végzett helyreállítási munkáknak köszönhető, valamint annak, hogy olyan országok, mint Burkina Faso, Niger és Csád hatalmas esővíz-beszivárgási projekteket hajtottak végre, amelyek a szárazföldi vízkészletek növekedéséhez vezettek. És továbbra is úgy gondolom, hogy ez a fő ok, más tényezőkkel együtt.
Nigériában és Csádban a falusiak félhold alakú árkokat ásnak, és nagy területeken növényzetet termesztenek, ami nagyobb beszivárgást, kevesebb felszíni lefolyást eredményez, és így több víz jut a talajba.
Egy Yacouba Sawadogo nevű gazda újraélesztette Burkina Fasóban ezt az ősi, helyi technikát, a „zai gödröket”. A falubeliek eleinte kigúnyolták, de évtizedeken át tartó kitartásával sikerült meggyőznie a falubelieket a módszer hatékonyságáról. Végül „A sivatagot megállító ember” néven vált ismertté, és civil szervezetekkel, valamint kormányzati programokkal együttműködve képezte ki és mozgósította a gazdákat, hogy milliószámra ássanak ilyen gödröket.
A Száhel-övezetben megvalósuló hatalmas víz-újrahasznosítási és ökológiai helyreállítási projektek mérete valóban lenyűgöző. Andrew Millison inspiráló videói jól visszaadják ezeknek a projekteknek a nagyságrendjét és erejét.
Miután észrevettem ezt a rendkívüli növekedést a száhel-övezet felszíni vízkészleteiben, kíváncsi lettem, milyen a talajvíz helyzete világszerte. Kerestem egy térképet a talajvíz mélységéről, és rátaláltam Ying Fan, a Rutgers Egyetem hidrológusának munkájára.
Weboldalán így ír: „Hidrológus vagyok, akit nem a víz önmagában érdekel, hanem az, hogy a víz hogyan alakítja tájainkat az idők folyamán. A víz mindent összeköt. Víz nélkül alig történik valami.” A kutató a világ különböző pontjain található kútadatokból merített információkat, és azokat talajvízmodellekbe építette be, hogy megmérje, hogyan mozog a víz a föld alatt, így elkészítve a talajvízmélységeket ábrázoló globális térképet. Ezen a térképen a Száhel zöld színnel van jelölve, ami azt jelzi, hogy a talajvízszint nagy része ott körülbelül 5–10 méteres mélységben helyezkedik el.
Tehát a zai-gödrök, a félhold alakú területek és az alacsonyan fekvő vízpótló területek növelik a szárazföldi víztároló kapacitást.
Mi a helyzet az eső szerepével?
Az esőmennyiség növekszik, így ez is egy tényező.
Miért növekszik az esőmennyiség a Száhel-övezetben?
Ennek egyik oka az, hogy az óceánban bekövetkező változások miatt növekszik a csapadékmennyiség. Az éghajlattudósok már egy ideje rájöttek, hogy az óceán hőmérsékletének változásai olyan éghajlati jelenségeket hajtanak végre, mint az ENSO, amelyek aztán befolyásolják a csapadékmintákat világszerte. Kiderült, hogy a trópusi Észak-Atlanti-óceán (TNA) és a Guineai-öböl felszíni hőmérséklete közötti hőmérsékleti gradiens határozza meg az ITCZ-t, azaz az Egyenlítő közelében található, intenzív konvekcióval jellemezhető sávot, amely az évszakok változásával északra és délre vándorol, és amely attól függően, hogy milyen messze északra halad, több vagy kevesebb csapadékot hoz a Száhel-övezetbe. Az, hogy az ITCZ behatol-e 15 vagy 20 fok északra, mélyen a Száhel-övezetbe, vagy megreked 10 foknál, és csak a guineai partvidéket öntözi, az a különbség egy jó év és egy sikertelen termés között.
Kiderült, hogy az Észak-Atlanti-óceán trópusi részén a tengeri felszíni hőmérséklet az elmúlt évtizedekben emelkedett, ami egyrészt az üvegházhatású felmelegedésnek, másrészt pedig az ipari kén-aeroszolok visszaszorulásának köszönhető, amelyek a 20. század nagy részében felhőképződést idéztek elő és hűtötték az óceán ezen szakaszát.
Az óceán hőmérséklete azonban nem az egyetlen oka annak, hogy a Sahel-övezetben az elmúlt évtizedekben csapadékosabb időjárás volt tapasztalható; szerepet játszik ebben a csapadék-visszakerülés, a kis vízkör is.
A Wisconsin-Madison Egyetem egy kutatócsoportja, Michael Notaro klímakutató és Yan Yu doktorandusz vezetésével, az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium munkatársaival együttműködve három évtizednyi műholdas megfigyelést elemezett a Sahel növényzetborításáról, kiegészítve azokat a helyszíni csapadékadatokkal, valamint a hőmérséklet, a páratartalom és a szél mérésével [Yu 2017]. Megállapításuk szerint megfigyelési bizonyítékot találtak a növényzet és a csapadék közötti pozitív visszacsatolási folyamatra. Amikor a növények gyökereiken keresztül nedvességet vesznek fel a talajból, leveleiken keresztül visszajuttatják azt a légkörbe. Ez a nedvesség a szél irányába sodródik, majd a Sahel más részein esőként hullik le, ahol újabb növényeket táplál, amelyek további nedvességet párologtatnak el, ami pedig újabb eső formájában hullik le. A monszun késői és utáni időszakában a növényzet zöldsége elősegíti az evapotranszpiráció, a kicsapódható vízmennyiség, a konvektív aktivitás és a csapadék fokozódását, és a csapadék újrahasznosítására adott válasz mértéke összehasonlítható az evapotranszpirációra adott válasszal. Notaro úgy jellemezte az eredményt, hogy az „egy olyan nehezen megfogható visszacsatolási mechanizmust bizonyít, amelyről a Sahel esetében már évtizedek óta felvetettek hipotéziseket”.
A gravitációs anomáliákat kihasználó műholdas távérzékelési felvételek meggyőzően szemléltetik a szárazföldi vízkészletek drámai növekedését, amely a térségben élő milliók számára jelent vízforrást. Fontos, hogy tudományosan kiderítsük, miért növekszik ez a mennyiség. Valószínűleg mindenféle tényező bizonyos mértékben hozzájárul ehhez: a zai-gödrök és a félhold alakú mélyedések, amelyek fokozzák a beszivárgást; a nagyszabású ökológiai helyreállítás; az alacsonyan fekvő területek, amelyek feltöltik a víztartó rétegeket; a tengeri felszíni hőmérséklet emelkedése, amely észak felé tolja a monszunt; a csökkenő ipari aeroszol-kibocsátás, amely felmelegíti a trópusi Észak-Atlanti-óceánt; a növényzeten keresztül történő fokozott csapadék-visszakerülés; valamint a globális felmelegedés. Úgy vélem, hogy a zai-gödrökre és a félhold alakú árokra tudományosan is kiemelt figyelmet kell fordítanunk, hogy hidrológiai szempontból pontosabban dokumentálhassuk őket, és beépíthessük az éghajlati és hidrológiai modellekbe. Ha hidrológiai szempontból nyomon tudjuk követni, hogy a talajban lévő milliószámú apró lyuk hogyan befolyásolja egy egész régió vízkörforgását, azzal hozzájárulunk ahhoz, hogy tudományosan jobban megértsük, hogyan tudják a zai-gödrök, a földmunkák és a permakultúra-folyamatok – például a vízelvezető árkok – helyreállítani a vízkörforgást, a vízgyűjtő területeket és a leromlott szárazföldi területeket szerte a világon.
Ami számomra e vizsgálat során még világosabbá vált, az az, hogy a világszerte működő „lassú víz” mozgalmak sikereinek dokumentálásához, valamint a közvélemény és a döntéshozók meggyőzéséhez azok fontosságáról kihasználhatjuk a távérzékelő műholdak adta lehetőségeket.Éppen műholdas távérzékelési adatokat nézegettem, amikor valami érdekes dologra lettem figyelmes. Ezek a távérzékelési adatok a gravitációs vonzást használták fel a Föld nagy víztömegeinek elmozdulásainak mérésére. Igazán rendkívüli dolog, hogy a gravitáció segítségével lehet mérni a vizet. Ez a módszer a tudósok számára igen hatékony eszközzé vált a Földön található víz megértéséhez. Körülbelül 320 km × 320 km felbontással láthatják, mennyi víz található az egyes területeken. A módszer az úgynevezett szárazföldi víztárolást (Terrestrial Water Storage, TWS) méri, amely magában foglalja a felszíni vizet, a talajnedvességet és a talajvizet.
A fenti adatok Csádból származnak, az északi szélesség 13,5° és a keleti hosszúság 17° koordinátáiról. Megnéztem más helyeket is a Sahel-övezetben ugyanazon a szélességi körön, és ott is mindenhol exponenciális növekedést tapasztaltam. Így írtam egy kis Python-kódot, letöltöttem az összes műholdas adatot, és átnéztem az észak 13,5°-os szélességi kör mentén húzódó sávot Szenegáltól Malin, Burkina Fasón, Nigeren és Csádon át Szudánig. És lám, ott is mindenhol exponenciális növekedést tapasztaltam. A növekedés a kontinens közepén, Csádban volt a leggyorsabb.
[Az x-tengely itt a hosszúsági fokot jelöli, úgyhogy képzeljük el, mintha a Száhel-övezeten haladnánk át. Az y-tengely pedig azt mutatja, milyen gyorsan növekszik exponenciálisan a szárazföldi vízkészlet]
A felszíni vízkészletek növekedése azt jelenti, hogy a talajvízszint is emelkedik, ami rendkívül fontos, mivel jelentős hatással van a társadalom vízellátására. Világszerte számos helyen túlzott mértékű talajvízkitermelés tapasztalható. Éppen ezért különösen érdekes, ha vannak olyan területek, ahol a talajvízszint jelentősen emelkedik.
Így hát elkezdtem utánajárni, hogy miért változik ez a felszíni víztároló.
Az ember azt gondolhatná, hogy a szárazföldi víztartalékok növekednek, mert egyre több eső esik. Susanna Werth, egy geodéta, aki távérzékelési adatok segítségével követi nyomon a bolygó víztömeg-mérlegét, 2003 és 2013 között tanulmányozta a Niger-medencét, és rejtélyes jelenségre bukkant: a szárazföldi vízkészletek jelentősen nőttek a Niger-folyó medencéjében és annak legtöbb mellékmedencéjében, ugyanakkor ugyanebben az időszakban nem volt olyan mértékű csapadéknövekedés, amely ezt megmagyarázhatta volna [Werth 2017]. Magyarázata inkább a csapadék lehullása utáni viselkedésére mutatott rá: a csapadék nagy része az alacsonyan fekvő területekre folyik, és onnan lassan beszivárog a talajvízrétegekbe, hogy azokat feltöltse – ezt a mechanizmust számos hidrológus kiemelte a régió esetében.
Az első elképzelésem arról, hogy miért következett be ez a hatalmas ugrás a szárazföldi vízkészletekben, az volt, hogy ez a Sahel-övezetben a „Nagy Zöld Fal” keretében végzett helyreállítási munkáknak köszönhető, valamint annak, hogy olyan országok, mint Burkina Faso, Niger és Csád hatalmas esővíz-beszivárgási projekteket hajtottak végre, amelyek a szárazföldi vízkészletek növekedéséhez vezettek. És továbbra is úgy gondolom, hogy ez a fő ok, más tényezőkkel együtt.
Nigériában és Csádban a falusiak félhold alakú árkokat ásnak, és nagy területeken növényzetet termesztenek, ami nagyobb beszivárgást, kevesebb felszíni lefolyást eredményez, és így több víz jut a talajba.
[Yacouba Sawadogo]
Egy Yacouba Sawadogo nevű gazda újraélesztette Burkina Fasóban ezt az ősi, helyi technikát, a „zai gödröket”. A falubeliek eleinte kigúnyolták, de évtizedeken át tartó kitartásával sikerült meggyőznie a falubelieket a módszer hatékonyságáról. Végül „A sivatagot megállító ember” néven vált ismertté, és nem kormányzati szervezetekkel, valamint kormányzati programokkal együttműködve képezte ki és mozgósította a gazdákat, hogy milliószámra ássanak ilyen gödröket.
Összecsap majd
A Száhel-övezetben megvalósuló hatalmas víz-újrahasznosítási és ökológiai helyreállítási projektek mérete valóban lenyűgöző. Andrew Millison inspiráló videói jól visszaadják ezeknek a projekteknek a nagyságrendjét és erejét.
Miután észrevettem ezt a rendkívüli növekedést a száhel-övezet felszíni vízkészleteiben, kíváncsi lettem, milyen a talajvíz helyzete világszerte. Kerestem egy térképet a talajvíz mélységéről, és rátaláltam Ying Fan, a Rutgers Egyetem hidrológusának munkájára. Weboldalán így ír: „Hidrológus vagyok, akit nem a víz önmagában érdekel, hanem az, hogy a víz hogyan alakítja tájainkat az idők folyamán. A víz mindent összeköt. Víz nélkül alig történik valami.” A kutató a világ különböző pontjain található kútadatokból merített információkat, és azokat talajvízmodellekbe építette be, hogy megmérje, hogyan mozog a víz a föld alatt, így elkészítve a talajvízmélységeket ábrázoló globális térképet. Ezen a térképen a Száhel zöld színnel van jelölve, ami azt jelzi, hogy a talajvízszint nagy része ott körülbelül 5–10 méteres mélységben helyezkedik el.
Tehát a zai-gödrök, a félhold alakú területek és az alacsonyan fekvő vízpótló területek növelik a szárazföldi víztároló kapacitást.
Mi a helyzet az eső szerepével?
Az esőmennyiség növekszik, így ez is egy tényező.
Miért növekszik az esőmennyiség a Száhel-övezetben?
Ennek egyik oka az, hogy az óceánban bekövetkező változások miatt növekszik a csapadékmennyiség. Az éghajlattudósok már egy ideje rájöttek, hogy az óceán hőmérsékletének változásai olyan éghajlati jelenségeket hajtanak végre, mint az ENSO, amelyek aztán befolyásolják a csapadékmintákat világszerte. Kiderült, hogy a trópusi Észak-Atlanti-óceán (TNA) és a Guineai-öböl felszíni hőmérséklete közötti hőmérsékleti gradiens határozza meg az ITCZ-t, azaz az Egyenlítő közelében található, intenzív konvekcióval jellemezhető sávot, amely az évszakok változásával északra és délre vándorol, és amely attól függően, hogy milyen messze északra halad, több vagy kevesebb csapadékot hoz a Száhel-övezetbe. Az, hogy az ITCZ behatol-e 15 vagy 20 fok északra, mélyen a Száhel-övezetbe, vagy megreked 10 foknál, és csak a guineai partvidéket öntözi, az a különbség egy jó év és egy sikertelen termés között.
Kiderült, hogy az Észak-Atlanti-óceán trópusi részén a tengeri felszíni hőmérséklet az elmúlt évtizedekben emelkedett, ami egyrészt az üvegházhatású felmelegedésnek, másrészt pedig az ipari kén-aeroszolok visszaszorulásának köszönhető, amelyek a 20. század nagy részében felhőképződést idéztek elő és hűtötték az óceán ezen szakaszát.
Az óceán hőmérséklete azonban nem az egyetlen oka annak, hogy a Sahel-övezetben az elmúlt évtizedekben csapadékosabb időjárás volt tapasztalható; szerepet játszik ebben a csapadék-visszakerülés is. A Wisconsin-Madison Egyetem egy kutatócsoportja, Michael Notaro klímakutató és Yan Yu doktorandusz vezetésével, az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium munkatársaival együttműködve három évtizednyi műholdas megfigyelést elemezett a Sahel növényzetborításáról, kiegészítve azokat a helyszíni csapadékadatokkal, valamint a hőmérséklet, a páratartalom és a szél mérésével [Yu 2017].
Megállapításuk szerint megfigyelési bizonyítékot találtak a növényzet és a csapadék közötti pozitív visszacsatolási folyamatra. Amikor a növények gyökereiken keresztül nedvességet vesznek fel a talajból, leveleiken keresztül visszajuttatják azt a légkörbe. Ez a nedvesség a szél irányába sodródik, majd a Sahel más részein esőként hullik le, ahol újabb növényeket táplál, amelyek további nedvességet párologtatnak el, ami pedig újabb eső formájában hullik le. A monszun késői és utáni időszakában a növényzet zöldsége elősegíti az evapotranszpiráció, a kicsapódható vízmennyiség, a konvektív aktivitás és a csapadék fokozódását, és a csapadék újrahasznosítására adott válasz mértéke összehasonlítható az evapotranszpirációra adott válasszal.
Notaro úgy jellemezte az eredményt, hogy az „egy olyan nehezen megfogható visszacsatolási mechanizmust bizonyít, amelyről a Sahel esetében már évtizedek óta felvetettek hipotéziseket”.
A gravitációs anomáliákat kihasználó műholdas távérzékelési felvételek meggyőzően szemléltetik a szárazföldi vízkészletek drámai növekedését, amely a térségben élő milliók számára jelent vízforrást. Fontos, hogy tudományosan kiderítsük, miért növekszik ez a mennyiség. Valószínűleg mindenféle tényező bizonyos mértékben hozzájárul ehhez: a zai-gödrök és a félhold alakú mélyedések, amelyek fokozzák a beszivárgást; a nagyszabású ökológiai helyreállítás; az alacsonyan fekvő területek, amelyek feltöltik a víztartó rétegeket; a tengeri felszíni hőmérséklet emelkedése, amely észak felé tolja a monszunt; a csökkenő ipari aeroszol-kibocsátás, amely felmelegíti a trópusi Észak-Atlanti-óceánt; a növényzeten keresztül történő fokozott csapadék-visszakerülés; valamint a globális felmelegedés.
Úgy vélem, hogy a zai-gödrökre és a félhold alakú árokra tudományosan is kiemelt figyelmet kell fordítanunk, hogy hidrológiai szempontból pontosabban dokumentálhassuk őket, és beépíthessük az éghajlati és hidrológiai modellekbe. Ha hidrológiai szempontból nyomon tudjuk követni, hogy a talajban lévő milliószámú apró lyuk hogyan befolyásolja egy egész régió vízkörforgását, azzal hozzájárulunk ahhoz, hogy tudományosan jobban megértsük, hogyan tudják a zai-gödrök, a földmunkák és a permakultúra-folyamatok – például a vízelvezető árkok – helyreállítani a vízkörforgást, a vízgyűjtő területeket és a leromlott szárazföldi területeket szerte a világon.
Ami számomra e vizsgálat során még világosabbá vált, az az, hogy a világszerte működő „lassú víz” mozgalmak sikereinek dokumentálásához, valamint a közvélemény és a döntéshozók meggyőzéséhez azok fontosságáról kihasználhatjuk a távérzékelő műholdak adta lehetőségeket.
Eredeti cikk: A dramatic rise in groundwater in the Sahel
Hivatkozások:
Fan, Ying, H. Li, and Gonzalo Miguez-Macho. “Global patterns of groundwater table depth.” Science 339, no. 6122 (2013): 940-943.
Werth, Susanna, Dave White, and D. W. Bliss. “GRACE detected rise of groundwater in the Sahelian Niger River basin.” Journal of Geophysical Research: Solid Earth 122, no. 12 (2017): 10-459.
Yu, Y., Notaro, M., Wang, F. et al. Observed positive vegetation-rainfall feedbacks in the Sahel dominated by a moisture recycling mechanism. Nat Commun 8, 1873 (2017). https://doi.org/10.1038/s41467-017-02021-1