Grâce à un nombre sans précédent d'images radar satellitaires, Les géophysiciens de Caltech ont suivi comment le sol du sud de la Californie monte et descend lorsque les eaux souterraines sont pompées dans et hors des aquifères sous la surface.

Leurs résultats sont présentés dans une étude qui suit la déformation de la surface de la Terre sur une période de 18 ans. Le travail peut être utilisé par les districts de gestion de l'eau pour évaluer la forme et la taille précises des aquifères et l'impact de l'utilisation de l'eau de la région sur ces aquifères. Les travaux révèlent également ce qui pourrait être une faille non cartographiée auparavant qui traverse le nord-est du comté d'Orange.

"Ce que nous voyons à travers la montée et la descente de la surface du sol, c'est la réponse élastique de la terre aux changements réguliers du niveau des eaux souterraines, " déclare l'auteur principal Bryan Riel (MS '14, doctorat '17), qui était un étudiant diplômé du laboratoire de Mark Simons de Caltech au moment de la recherche, et est maintenant ingénieur en analyse de signaux au JPL, qui est géré par Caltech pour la NASA. « Parce que nous avons des données sur une longue période de temps, nous avons également pu isoler des signaux de déformation de surface à long terme, y compris l'affaissement du terrain qui semble être causé par le compactage des couches d'argile en réponse aux variations de fond du prélèvement d'eau souterraine. qui peut indiquer les limites des aquifères ainsi que des failles.

L'étude, qui a été publié en ligne le 30 avril par la revue Recherche sur les ressources en eau , utilise des données radar accessibles au public capturées entre 1992 et 2011 par les satellites de l'Agence spatiale européenne. Les données satellitaires ont été compilées en 881 interférogrammes radar - des images créées en faisant rebondir des signaux radar sur la surface de la terre - pour suivre le mouvement du sol presque vertical jusqu'au millimètre avec une résolution horizontale de dizaines de mètres, sur une zone qui s'étend de San Fernando, au nord-ouest du centre-ville de Los Angeles, jusqu'à Irvine, dans le comté d'Orange.

Lorsque toutes les images sont assemblées, ils montrent que le sol sous la Californie du Sud monte et descend chaque année, comme un géant qui inspire et expire. Les résultats ont été comparés aux mesures GPS prises par l'Orange County Water District (OCWD) et le Water Replenishment District of Southern California, qui a corroboré les conclusions. Les montées et descentes périodiques du sol racontent l'histoire de la gestion des aquifères du sud de la Californie et comment cette gestion a changé au fil du temps, dit Simons, le John W. et Herberta M. Miles professeur de géophysique à Caltech et scientifique en chef du JPL.

« Au début de la période d'études, nous voyons de grosses sinusoïdes—des hauts plus hauts et des bas plus bas. Vers la seconde moitié de l'étude, ça s'aplatit un peu, indiquant que les districts de contrôle des eaux géraient plus activement les aquifères, et en veillant à y remettre de l'eau au lieu de simplement la retirer, " dit Simons.

Roy Herndon, hydrogéologue en chef de l'OCWD, dit que son équipe travaille pour s'assurer que le sol ne s'enfonce jamais trop loin, un développement dont il pourrait ne jamais se remettre.

« Nous soupçonnons que la géologie de notre bassin pourrait permettre un affaissement si nous laissions trop d'eau souterraine être pompée mais ne la remplissions jamais. Nous avons des argiles et des limons qui peuvent se comprimer et se compacter avec le temps, " dit Herndon.

Cette stratégie est codifiée dans la loi sur la gestion durable des eaux souterraines (SGMA), promulguée par le gouverneur de Californie Jerry Brown en 2014, qui dicte que les gestionnaires des eaux souterraines doivent éviter l'abaissement permanent du niveau du sol. Le phénomène sévit dans la vallée de San Joaquin en Californie centrale depuis des générations. Le compactage du sol entraîné par le rétrécissement de la nappe phréatique a fait s'affaisser le sol de la région jusqu'à 28 pieds, selon le United States Geological Survey (USGS). Herndon dit que l'étude de Riel, Simons, et les co-auteurs - et d'autres enquêtes similaires - aideront les districts hydrographiques à s'assurer que leurs stratégies de gestion de l'eau sont efficaces pour éviter un tel compactage des sols en Californie.

Alors qu'il fallait s'attendre à la montée et à la descente du sol, les données radar ont également montré des caractéristiques inattendues, Simons dit, comprenant une limite nette au bord d'un aquifère, ce qui pourrait indiquer une faille enfouie le long du bord est d'un bassin où la rivière Santa Ana traverse la région de Santa Ana/Garden Grove. En outre, la carte a révélé une petite zone avec un soulèvement anormalement important du niveau du sol qui s'est avéré être causé par des opérations pétrolières pompant du pétrole et de l'eau.

Riel, Simons, et les co-auteurs se sont appuyés sur les données des satellites de l'ESA. Pendant ce temps, JPL, Nasa, et l'Organisation indienne de recherche spatiale (ISRO) prévoient de lancer un nouveau satellite radar appelé NISAR au début de 2022 qui fournira des observations dans deux directions tous les 12 jours, offrant une qualité supérieure, des données à plus haute résolution que celles disponibles auparavant.

"Avec ce genre de données, nous pourrons brosser un tableau encore plus clair qui pourrait en révéler encore plus sur le sol sous nos pieds, " dit Simons.

L'étude est intitulée "Quantification de la déformation du sol dans les bassins côtiers de Los Angeles et de Santa Ana en raison du retrait des eaux souterraines".