Die Entnahme von Grundwasser hat Auswirkungen auf die Erdachse

Der wachsende Wasserbedarf auf der Erde führt zu weitreichenden globalen Veränderungen. Die Erschöpfung des Grundwassers hat zu nachteiligen Veränderungen in der unmittelbaren Umwelt geführt, beispielsweise zu Bodensenkungen, einer Verschlechterung der Wasserqualität und der Entwässerung von Grundwasserleitern.

Was Wissenschaftler außerdem entdecken, ist, dass die Rate und das Ausmaß des Pumpens von Wasser aus unterirdischen Quellen Auswirkungen auf den Planeten haben, insbesondere die Erdachse soweit neigen, dass dies jetzt für Wissenschaftler messbar ist.

Die Erde hat eine natürliche Neigung von etwa 23,5 Grad und dreht sich mit etwa 1.000 Meilen pro Stunde um ihre Nord-Süd-Achse. Die Achse ist entscheidend für saisonale Wetterveränderungen und andere Klima-Umwelteffekte, die die normalen Zyklen unseres Planeten ermöglichen.

Neuere Untersuchungen zeigen jedoch, dass sich dies nun ändert, wobei erneut menschliche Aktivitäten diesen Wandel beeinflussen. Wissenschaftler berichten nun, dass so viel Grundwasser aus dem Boden gepumpt wird, dass dies die Rotation der Erde um ihre Achse beeinflusst und zu kontinuierlichen Veränderungen beiträgt.[1]

Zwischen 1993 und 2010 wurde in einer Studie aus dem Jahr 2010 berechnet, dass 2.150 Gigatonnen Wasser aus dem Erdinneren entnommen wurden, was etwa 6 Millimetern des gesamten Meeresanstiegs entspricht, wenn dieses Wasser in die Ozeane an der Erdoberfläche gelangen würde.

Um die Auswirkungen der Grundwasserverarmung zu verstehen, untersuchte die Studie die Polarbewegung. Polarbewegung ist die Bewegung oder Verschiebung der Rotationsachse der Erde relativ zu ihrer Oberfläche, oft gemessen als Drift des Nord- und Südpols.

Die Forscher modellierten die Polardrift mit und ohne Berücksichtigung der Grundwasserentnahme. Ohne Berücksichtigung der 2.150 Gigatonnen Grundwasserumverteilung, die aus einer Studie aus dem Jahr 2010 berechnet wurde, berechnete das Modell falsch die Polardrift um 4,3 Zentimeter (1,7 Zoll) Drift pro Jahr, wie durch die gestrichelte Abbildung dargestellt blaue Linie in Abbildung (b) unten.

Wissenschaftler haben nun gezeigt, dass der Erdpol zwischen 1993 und 2010 mit einer Geschwindigkeit von 4,36 cm/Jahr in Richtung 64,16° E driftete. Das bedeutet, dass wir uns jedes Jahr weiter von der vorherigen Neigung der Erdachse entfernen.

Dies geschah hauptsächlich dadurch, dass so viel Wasser entnommen wurde, dass es nun durch die Umverteilung dieses Wassers zurück in die Ozeane zum Anstieg des gesamten Meeresspiegels beiträgt. Änderungen des Drucks und der Wassermasse zwischen unterirdischen Reservoirs und der Oberfläche verändern die Gesamtwassermasse und ihren Beitrag zur Erdneigung.

Die Erdachse kann mithilfe von Radioteleskopbeobachtungen unbeweglicher Objekte im Weltraum gemessen werden. Massenänderungen ermöglichen es der Erde, ihre Achse zu verschieben; Je mehr Masse auf die Erde gelangt, desto mehr bewegt sich die Erdachse.

Typischerweise ist dies vorübergehender Natur, da die Masse wieder auf ihr vorheriges Niveau zurückkehrt, sobald die Masse neu verteilt wird oder sich von einer Form in eine andere entwickelt. Die Bewegung von geschmolzenem Gestein zwischen der Erdkruste und dem Erdkern verändert auch die gesamte Massenstruktur der Erde.

Modellierungen zeigen nun, dass die Grundwasserentnahme auch einen erheblichen Beitrag zur langfristigen Massenveränderung auf der Erde leistet. Die Verschiebung des Wassers vom Inneren der Erde nach außen hat zwischen 1993 und 2010 eine Achsenverschiebung von insgesamt 78,48 Zentimetern ermöglicht.

Um eine Gesamtberechnung darüber durchzuführen, wie das Grundwasser zur Erdneigung und seinen Auswirkungen auf den gesamten Meeresspiegelanstieg beiträgt, mussten Luftdruck, Meeresbodendruck, künstliche Stauseen hinter Dämmen, Polareis, Gebirgsgletschermasse, Wind, Strömung und Grundwasserdaten herangezogen werden ermittelt aus verschiedenen Datenbanken und Schätzungen anhand von Modellen. Das globale hydrologische Modell PCR-GLOBWB wurde verwendet, um die gesamte Wasserentnahme aus unterirdischen Reservoirs abzuschätzen.[2]

Möglicherweise besorgniserregend ist auch, dass sich die Grundwasserentnahme aufgrund dieser Umverteilung des Wassers auch erheblich auf den Anstieg des Meeresspiegels auswirkt. Insgesamt wurde die Studie dadurch eingeschränkt, dass sie nur bis ins Jahr 1993 zurückreichte, während die große Wassergewinnung aus unterirdischen Reservoirs bereits früher im 20. Jahrhundert begann.

Dies impliziert, dass historische Trends und der Gesamtbeitrag des Grundwassers untersucht werden könnten, wenn historische Schätzungen der Wasserentnahme vorgenommen werden könnten, um deren mögliche Auswirkung auf die Neigung der Erdachse zu berücksichtigen, indem dieser Faktor in der Modellierung berücksichtigt wird, die auch andere Faktoren, wie z. B. den Wechsel geschmolzener Lava zwischen den Erdachsen, berücksichtigt Kruste und Kern.

Der überwältigende Großteil dieser Entnahme scheint auch aus Indien und dem amerikanischen Westen zu stammen, wo nun jahrzehntelange Dürreperioden sowie Bevölkerungs- und Landwirtschaftswachstum zum großflächigen Pumpen von Grundwasser beigetragen haben.

Eine 2017 veröffentlichte Studie ergab, dass der Grundwasserspiegel zwischen 2000 und 2020 um 22 % gestiegen ist. Grundwasserintensive Kulturpflanzen wie Weizen, Reis, Zuckerpflanzen, Mais und Baumwolle sind die Hauptursache für diesen Anstieg. Diese Studie ergab auch, dass fast alle Kornkammern der Welt (dh die wichtigsten Agrargebiete der USA, Mexikos, des Nahen Ostens und Nordafrikas, Indiens, Pakistans und Chinas) in Regionen liegen, die übermäßig auf Grundwasserleiter für die Wasserversorgung angewiesen sind.

Die derzeitigen Wasserbeschränkungen für Grundwasserressourcen sind im Vergleich zu den Beschränkungen für die Gewinnung von Oberflächenwasser nicht so streng. Die Schlussfolgerung dieser Studie ist, dass angesichts des Beitrags des Grundwassers zum gesamten Anstieg des Meeresspiegels und der Neigung der Erdachse möglicherweise weitere Einschränkungen oder alternative Praktiken erforderlich sind.

Darüber hinaus nehmen in Gebieten wie West-Texas die unterirdischen Reservoirs rapide ab, was zum Verlust dieser Wasserressourcen führt und Auswirkungen wie die Bildung von Dolinen nimmt zu.

In Kalifornien sind in den letzten zehn Jahren über 5.000 Brunnen ausgetrocknet, was einen Eindruck davon vermittelt, wie groß das Ausmaß ist und wie die unterirdische Wasserentnahme allmählich schädliche Auswirkungen auf die Grundwasserressourcen sowie auf den allgemeinen Anstieg des Meeresspiegels hat.[3]

Die Neigung der Achse ist auch wichtig für die Herstellung präziser Navigationssysteme wie GPS. Die neue Studie ermöglicht es uns nun, das Grundwasser als neuen Einfluss auf die Neigung der Erde zu berücksichtigen, sodass die zukünftige Navigation die mögliche Neigung der Erde berücksichtigen könnte. Die Neigung der Erde hat auch wichtige Auswirkungen auf das Klima und die Klimazukunftsmodellierung.

Steigende globale Temperaturen können ebenfalls zum Wackeln der Erde beitragen, da Gletscher schmelzen und auch der Bau von Staudämmen Auswirkungen hat. Insgesamt muss nun mehr über die verschiedenen Einflussfaktoren untersucht werden, um zu zeigen, wie menschliche Aktivitäten die Erdachse und die Drehung der Erde beeinflussen können.

[1] Weitere Informationen dazu, wie sich die Erde aufgrund der unterirdischen Wasserentnahme zu neigen beginnt, finden Sie unter: Seo K, Ryu D, Eom J, et al. (2023) Drift des Erdpols bestätigt, dass die Erschöpfung des Grundwassers einen wesentlichen Beitrag zum globalen Meeresspiegelanstieg 1993–2010 leistet. Geophysikalische Forschungsbriefe 50(12): e2023GL103509. DOI: 10.1029/2023GL103509 und https://news.agu.org/press-release/weve-pumped-so-much-groundwater-that-weve-nudged-the-earths-spin/

[2] Auf der Grundlage dieser Studie wurden Schätzungen zur Grundwasserentnahme vorgenommen: Wada, Y., van Beek, LPH, van Kempen, CM, Reckman, JWTM, Vasak, S. & Bierkens, MFP (2010). Weltweite Erschöpfung der Grundwasserressourcen. Geophysikalische Forschungsbriefe, 37(20), L20402. https://doi.org/10.1029/2010gl044571

[3] Einen Artikel über die Auswirkungen der Achsenveränderung der Erde finden Sie hier: https://thehill.com/policy/equilibrium-sustainability/4075087-human-society-is-shifting-the-tilt-of-the-earth /.

Adhikari, S. & Ivins, ER (2016). Klimabedingte Polarbewegung: 2003–2015. Wissenschaftliche Fortschritte, 2(4), e1501693. DOI: 10.1126/sciadv.1501693

Buis, A. & Rasmussen, C. (2016, 8. April). NASA-Studie löst zwei Rätsel um die wackelnde Erde. NASA. https://www.nasa.gov/feature/nasa-study-solves-two-mysteries-about-wobbling-earth

Dalin, C., Wada, Y., Kastner, T. & Puma, MJ (2017). Grundwasserverarmung im Zusammenhang mit dem internationalen Lebensmittelhandel. Natur, 543(7647), 700-704. https://doi.org/10.1038/nature21403

Konikow, LF (2013). Grundwassererschöpfung in den Vereinigten Staaten (1900–2008) (S. 63). Reston, Virginia: US-Innenministerium, US Geological Survey. https://pubs.usgs.gov/sir/2013/5079/

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