Уже в 2019 году количество грунтовых вод в Центральной Европе было очень низким
Европе не хватает подземных вод - очень много подземных вод. Континент уже страдает от сильной засухи с 2018 года. Об этом свидетельствуют спутниковые данные, проанализированные в Институте геодезии ТУ Грац.
Европа уже много лет переживает сильную засуху. На всем континенте уровень грунтовых вод остается неизменно низким с 2018 года, даже если экстремальные погодные явления с наводнениями временно дают другую картину.
Начало этой напряженной ситуации зафиксировано в публикации Евы Боергенс в Geophysical Research Letters от 2020 года. В ней она отмечает, что в летние месяцы 2018 и 2019 годов в Центральной Европе наблюдалась поразительная нехватка воды. С тех пор не наблюдалось значительного повышения уровня грунтовых вод; уровень оставался постоянно низким. Об этом свидетельствует анализ данных, проведенный Торстеном Майер-Гюрром и Андреасом Квасом из Института геодезии Технологического университета Граца (ТУ Грац). В рамках проекта ЕС Global Gravity-based Groundwater Product (G3P) они использовали спутниковую гравиметрию для наблюдения за мировыми запасами подземных вод и задокументировали их изменения за последние годы.
Далеко идущие последствия
Последствия этой продолжительной засухи были очевидны в Европе летом 2022 года. Сухие русла рек, застойные воды, которые постепенно исчезали, а вместе с ними и многочисленные последствия для природы и людей. Не только многочисленные водные виды потеряли свою среду обитания, а сухие почвы создали множество проблем для сельского хозяйства, но и в результате усугубился дефицит энергии в Европе. Атомным электростанциям во Франции не хватало охлаждающей воды для выработки достаточного количества электроэнергии, а гидроэлектростанции также не могли выполнять свои функции без достаточного количества воды.
Измерение подземных вод из космоса
Как геодезисты из ТУ Грац могут использовать данные из космоса, чтобы сделать точные выводы о подземных водоемах? В основе проекта G3P лежат спутники-близнецы Том и Джерри, которые вращаются вокруг Земли по полярной орбите на высоте чуть менее 490 километров. Расстояние между спутниками около 200 километров очень важно. Тот, что находится позади, не должен догнать тот, что находится впереди, поэтому им и дали название Том и Джерри в честь героев мультфильмов.
Расстояние между спутниками постоянно и точно измеряется. Если они пролетают над горой, то спутник впереди изначально движется быстрее, чем тот, что позади, из-за возросшей массы под ним. Пролетев гору, он снова немного замедляется, но задний спутник ускоряется, как только достигает горы. Как только оба спутника окажутся за горой, их относительная скорость снова установится. Эти изменения расстояния между большими массами являются основными переменными измерения для определения гравитационного поля Земли и определяются с микрометрической точностью. Для сравнения, толщина волоса составляет около 50 микрометров.
Месячная гравитационная карта Земли
Все это происходит при скорости полета около 30 000 км/ч. Таким образом, два спутника совершают 15 оборотов вокруг Земли в день, что означает, что они достигают полного покрытия поверхности Земли через месяц. Это, в свою очередь, означает, что ТУ Грац может предоставлять гравитационную карту Земли каждый месяц. "Обработка данных и вычислительные усилия здесь довольно велики. Каждые пять секунд мы измеряем расстояние и, таким образом, получаем около полумиллиона измерений в месяц. На их основе мы составляем карты гравитационного поля", - говорит Торстен Майер-Гюрр.
Масса минус масса равна массе
Однако гравитационная карта еще не определяет количество грунтовых вод. Это связано с тем, что спутники показывают все изменения массы и не делают различий между морем, озерами и подземными водами. Для этого необходимо сотрудничество со всеми другими партнерами по проекту ЕС G3P. Торстен Майер-Гюрр и его команда предоставляют общую массу, из которой затем вычитаются изменения массы в реках и озерах, влажность почвы, снег и лед, и, наконец, остается только грунтовая вода.
У каждой из этих других масс есть свои эксперты, которые предоставляют свои данные. Они находятся в Австрии (Технологический университет Граца, Венский технологический университет, Центр данных наблюдения Земли EODC), Германии (GeoForschungsZentrum GFZ в Потсдаме), Швейцарии (Университет Берна, Университет Цюриха), Франции (Collection Localisation Satellites CLS, Laboratoire d'Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales LEGOS, Magellium), Испании (FutureWater), Финляндии (Финский метеорологический институт) и Нидерландах (Международный центр оценки ресурсов подземных вод IGRAC).
У Европы есть проблема с водой
Результат этого сотрудничества показывает, что ситуация с водой в Европе стала очень нестабильной. Торстен Майер-Гюрр не ожидал этого в таком большом масштабе. "Несколько лет назад я бы никогда не подумал, что вода станет проблемой здесь, в Европе, особенно в Германии или Австрии. У нас здесь действительно возникают проблемы с водоснабжением - мы должны думать об этом", - объясняет он. С его точки зрения, прежде всего, необходимо иметь возможность документировать продолжающуюся засуху с помощью данных и постоянно проводить спутниковые миссии в космосе.
Европейское космическое агентство ESA и его американский коллега NASA продолжат эти исследования в рамках проекта MAGIC (Mass-change And Geoscience International Constellation). ТУ Грац снова будет участвовать в проекте для оценки данных.
