Wissenschaftler haben herausgefunden, dass sich die Rate der Grundwasserverarmung im kalifornischen Central Valley während der Dürre dramatisch beschleunigt hat, da starkes landwirtschaftliches Pumpen den Grundwasserspiegel auf neue Tiefststände gesenkt hat und nun droht, die Grundwasserreserven zu zerstören.
Die Studie zeigt, dass sich der chronische Rückgang des Grundwasserspiegels, der das Central Valley seit Jahrzehnten plagt, in den letzten Jahren erheblich verschlimmert hat, wobei seit 2019 ein besonders schneller Rückgang zu verzeichnen ist.
„Wir haben eine ausgewachsene Krise“, sagte Jay Famiglietti, Professor für Hydrologie und Geschäftsführer des Global Water Security Institute an der Universität von Saskatchewan. „Das Grundwasser in Kalifornien und das Grundwasser im Südwesten der Vereinigten Staaten verschwinden viel schneller, als die meisten Menschen glauben.“
Famiglietti und andere Wissenschaftler fanden in ihrer Studie, die diesen Monat in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, heraus, dass die Rate der Grundwasserverarmung seit 2019 um 31 Prozent höher war als während der letzten beiden Dürren.
Sie fanden auch heraus, dass sich die Grundwasserverluste im Central Valley seit 2003 auf geschätzte 36 Millionen Acre-Fuß oder etwa das 1,3-fache der vollen Wasserspeicherkapazität des Lake Mead in der Nähe von Las Vegas, dem größten Tank des Landes, beliefen.
„Der Weg, auf dem wir uns gerade befinden, ist für eine 100-prozentige Auslöschung“, sagte Famiglietti. „Das ist das Wasser für kommende Generationen. Und es verschwindet.“
Der historische kalifornische Sustainable Groundwater Management Act wurde 2014 mit der Absicht verabschiedet, das Überpumpen zu begrenzen und den Grundwasserspiegel zu stabilisieren. Aber das als SGMA bekannte Gesetz gibt vielen lokalen Behörden bis 2040 Zeit, um Nachhaltigkeitsziele zu erreichen.
Famiglietti sagte, die Ergebnisse zeigten, dass der Zeitrahmen möglicherweise zu lang sei, und wies auf die Notwendigkeit hin, die Umsetzung der gesetzlichen Vorschriften zu beschleunigen. Die aktuelle Rate des Grundwasserverlusts ist jetzt fast fünfmal schneller als im langjährigen Durchschnitt seit den 1960er Jahren.
„Wir sehen eine scheinbare Eile, so viel Grundwasser wie möglich zu pumpen, bevor neue Beschränkungen auferlegt werden“, sagte Famiglietti. „Ich befürchte, dass es zu spät sein wird, wenn die SGMA vollständig umgesetzt ist. Es wird nichts mehr zu verwalten geben.“
Der Grundwasseranstieg erfolgt inmitten der trockensten Dreijahresperiode seit Beginn der Aufzeichnungen in Kalifornien sowie einer größeren Megadürre, die durch die globale Erwärmung verschlimmert wurde und den amerikanischen Südwesten seit 23 Jahren bedeckt.
Während der Dürre, wenn weniger Wasser aus Flüssen und Kanälen verfügbar ist, ist die Landwirtschaft im Central Valley in der Regel zu zwei Dritteln oder mehr ihrer Wasserversorgung vom Grundwasser abhängig.
Die Forschung umfasste die Analyse von Daten aus fast zwei Jahrzehnten von zwei NASA-Satellitenmissionen, von denen die neueste GRACE Follow-On heißt. Das Satellitenpaar, das 2018 in die Umlaufbahn gebracht wurde, verfolgt Änderungen im Gravitationsfeld der Erde, um Änderungen der Gesamtwassermenge über und unter der Erde zu messen.
Die Wissenschaftler untersuchten weitere Daten zu Bodenfeuchte, Oberflächenwasser und Schneedecke, um Grundwasserverluste abzuschätzen, und verglichen ihre Ergebnisse mit Schätzungen aus einem Computermodell, das vom US Geological Survey entwickelt wurde. Sie verglichen die aktuelle Dürre von September 2019 bis Dezember 2021 mit früheren, meist trockenen Perioden von 2006-2011 und 2011-2017.
Daten für die letzten zwei Jahrzehnte zeigen aufeinanderfolgende Abnahmen der durchschnittlichen Wasserstände in einem gestaffelten Muster, wobei kurze Regenperioden die Abnahmen nur vorübergehend verlangsamten.
„Das Niveau des Wasserstresses in Kalifornien wird immer höher“, sagte Pang-Wei Liu, NASA-Wissenschaftler und Hauptautor der Studie. “Die Rate der Grundwasserverarmung wird immer schneller, besonders in diesen fünf, zehn Jahren.”
Das Central Valley ist eine der größten landwirtschaftlichen Regionen der Welt und produziert Mandeln, Pistazien, Trauben, Walnüsse, Mandarinen, Reis und andere Feldfrüchte sowie Rinder- und Milchprodukte.
Die Beschleunigung des Grundwasserrückgangs fiel mit Veränderungen im Anbau zusammen. Die geerntete Fläche der Mandelplantagen im Bundesstaat ist nach Angaben des Bundes von 760.000 Acres im Jahr 2011 auf 1,3 Millionen Acres im Jahr 2021 gewachsen. Die Landwirte haben auch mehr Pistazienplantagen gepflanzt.
Familietti sagte, er denke, dass die jüngste Beschleunigung des Rückgangs des Wasserspiegels wahrscheinlich zumindest teilweise darauf zurückzuführen ist, dass Landwirte Cash-Crops anbauen und tiefere Brunnen bohren, „bevor der Hammer fällt“ auf Beschränkungen im Rahmen des Grundwassergesetzes. Nach der Einführung von SGMA wurden im Tal Tausende neuer landwirtschaftlicher Brunnen gebohrt.
Das Bestreben, mehr Bewässerungsbrunnen zu bohren und sich stärker auf das Grundwasser zu verlassen, hat Probleme für flachere Haushaltsbrunnen geschaffen. In diesem Jahr wurden dem Staat mehr als 1.400 Trockenbrunnen gemeldet, die höchste Zahl, seit Beamte 2013 mit der Verfolgung von Trockenbrunnenberichten begannen.
Die Forschung zeigt, dass es von entscheidender Bedeutung ist, dass Kalifornien die Umsetzung des Gesetzes vorantreibt, das lokale Behörden verpflichtet, Grundwasserpläne zu entwickeln und Fortschritte bei der Erreichung ihrer Ziele zu erzielen, sagte Felicia Marcus, eine Forscherin an der Stanford University, die zuvor den Staatsrat für die Kontrolle der Wasserressourcen leitete. Sie sagte, die Studie sei „eine deutliche Erinnerung daran, dass wir handeln müssen und dass wir einen Rahmen haben müssen, der es den Menschen ermöglicht, zu handeln“.
Die Eindämmung der Überbeanspruchung sei entscheidend, sagte sie, da der Klimawandel zu häufigeren und intensiveren Trockenperioden führe.
„Mit SGMA haben wir Hoffnung auf eine Zukunft, in der die Kinder und Enkelkinder der Menschen im Central Valley Landwirtschaft betreiben und leben können“, sagte Marcus. “Der Rahmen und die Regulierung werden wesentlich sein.”
Währenddessen leiden die Menschen in den ländlichen Gemeinden des Central Valley weiterhin, da immer mehr Brunnen sprudeln und austrocknen. Viele Bewohner, die mit trockenen Wasserhähnen leben, verlassen sich auf abgefülltes Wasser, Haushaltstanks und Wasser, das von Lastwagen geliefert wird, während sie auf Entscheidungen warten.
Durch die Entwässerung des Aquifers sinken Teile des Talbodens ab. Wenn sinkende Wasserspiegel unterirdische Räume in Kies-, Sand- und Tonschichten hinterlassen, bricht der Boden ein und verringert dauerhaft die Wasserspeicherkapazität des Aquifers. In Teilen des Tals sinkt der Boden jedes Jahr um etwa 1 Fuß, ein Problem, das Kanäle und Brunnen beschädigt.
Die Forscher fanden heraus, dass Grundwasserverluste die Verringerung von Oberflächenwasser, Schnee und Bodenfeuchtigkeit bei weitem überwogen.
„Kalifornien verliert Wasser, und Grundwasser ist die Ursache“, sagte Famiglietti. “Das ist wirklich die Tragödie der Gemeingüter.”
Die Wissenschaftler analysierten Trends in drei Gebieten des Central Valley – den Sacramento-, San Joaquin- und Tulare-Becken – und stellten fest, dass das nördliche Sacramento-Becken, das zuvor besser abschnitt als die südlichen Gebiete, ebenfalls von Grundwassermangel betroffen ist.
„Das meiste kalifornische Wasser ist unterirdisch. Die Tatsache, dass es mit einer Rate verschwindet, die fast fünfmal schneller ist als die historischen Raten, ist das Äquivalent zu unbegrenzten Abhebungen von einem Bankkonto“, sagte Familietti.
Diese Wassersparrechnung sei für die Überwindung von Dürren von entscheidender Bedeutung und eine entscheidende Ressource für die Zukunft Kaliforniens. Er sagte, die Verlangsamung der Entnahmerate sei unerlässlich, um das Grundwasser für zukünftige Generationen zu erhalten.
Famiglietti, der leitende Forscher der Studie, war ein ehemaliger leitender Wasserwissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA. In früheren Forschungen haben er und andere Wissenschaftler NASA-Satellitenmessungen verwendet, um abzuschätzen, wie schnell Grundwasser in Kalifornien und im Colorado River Basin abgezogen wird. Er hat den Grundwasserabbau in Nahrungsmittelanbaugebieten auf der ganzen Welt untersucht, von Südasien über den Nahen Osten bis hin zum Ogallala-Aquifer unterhalb der Great Plains.
Im Januar wird er eine neue Stelle als Professor an der Arizona State University antreten.
In vielen Teilen der USA und anderer Länder wird das Grundwasser nach wie vor schlecht oder gar nicht bewirtschaftet. Da Brunnen den Wasserspiegel weiter senken, bleiben die Wasserspiegelrückgänge weitgehend unsichtbar und werden unterschätzt. Mithilfe von Satellitenmessungen zur Verfolgung des Grundwassers haben Famiglietti und andere Forscher weit verbreitete und sich verschlimmernde Erschöpfungsprobleme in vielen der wichtigsten Lebensmittel produzierenden Regionen der Welt festgestellt.
Famiglietti sagte, das übergeordnete Ziel der Forschung sei es, „das Unsichtbare sichtbar zu machen“.
Die Daten zeichnen ein düsteres Bild, sagte er, in Kalifornien und im gesamten Südwesten.
„Das Tempo und Ausmaß seines Verschwindens übersteigt bei weitem das, was durch jedes Managementsystem ersetzt werden kann“, sagte Familiati. „Wenn dieses Grundwasser verschwindet, verschwindet auch die Nahrungsmittelproduktion. Das bedeutet weniger Produktion, Lebensmittelknappheit, höhere Lebensmittelpreise.
Familietti sagte, dass viel mehr Menschen auch Gefahr laufen, den Zugang zu Trinkwasser zu verlieren, da sinkende Wasserstände immer mehr Brunnen austrocknen lassen.
Das kalifornische Grundwassergesetz verspricht, der landwirtschaftlichen Wassernutzung im Central Valley schließlich Grenzen zu setzen, wenn lokale Behörden ihre Grundwasser-Nachhaltigkeitspläne umsetzen. Vorerst unterliegt das Pumpen in den meisten Gebieten noch keinen Beschränkungen.
Nach dem Gesetz ist nachhaltiges Grundwassermanagement definiert als die Verwaltung der Wasserversorgung in einer Weise, die aufrechterhalten werden kann, ohne „unerwünschte Ergebnisse zu verursachen“, wie z. B. einen chronischen Rückgang des Grundwasserspiegels. Um das Grundwasserdefizit anzugehen, könnte es erforderlich sein, große Teile des Ackerlandes aus der Produktion zu nehmen, sagten die Forscher.
Famiglietti sagte, er glaube, dass Kalifornien jetzt eine historische Gelegenheit habe, mit der Verwaltung und Erhaltung des Grundwassers im Central Valley zu beginnen, bevor es weg ist.
“Es verschwindet schnell”, sagte er. „Dies könnte unser letzter Versuch in Kalifornien sein, es richtig zu machen. Und deshalb müssen wir dafür sorgen, dass es funktioniert.”