Новые исследования показывают, что некоторые из наиболее важных водоносных горизонтов Бразилии, расположенных под основными сельскохозяйственными регионами, не пополняются. Что это значит для водоснабжения страны и экспорта продовольствия?
(Фото: Нельсон АЛМЕЙДА / AFP через Getty Images)
В Бразилии находятся одни из крупнейших в мире водоносных горизонтов, однако многие из них — а это 55% водных ресурсов страны — за последние 25 лет настолько истощились, что им грозит необратимый ущерб. Согласно новому исследованию, истощение грунтовых вод вызвано засухой, повышенным испарением воды из-за изменения климата и откачкой воды для нужд человека.
Большая часть мировых запасов соевых бобов, сахарного тростника, апельсинов и кофе, а также значительная доля мирового производства хлопка и кукурузы выращиваются в районах с наиболее истощенными водоносными горизонтами. Таким образом, сокращение запасов грунтовых вод может иметь последствия для продовольственных рынков по всему миру, в том числе в США.
По словам экспертов, опрошенных Live Science, истощение водоносных горизонтов может привести к разрушению речных систем, которые обеспечивают гидроэлектроэнергией Бразилию, вынуждая страну переходить на уголь или биомассу для производства электроэнергии.
Снижение уровня грунтовых вод, вероятно, не повлияет на общее сельскохозяйственное производство в ближайшие 10–20 лет. "Проблема заключается в том, что произойдет, если эти тенденции сохранятся в течение нескольких десятилетий", - сказал в электронном письме Live Science первый автор исследования Аугусто Гетирана, исследователь Лаборатории гидрологических наук в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА. "Бразилия - одна из крупнейших житниц мира, поэтому ее водная безопасность имеет последствия далеко за пределами самой страны".
Явный географический контраст
Бразилия обладает крупнейшими в мире возобновляемыми запасами пресной воды, в основном благодаря бассейну Амазонки и его экосистеме тропических лесов. Однако по сравнению с такими странами, как США и Индия, где есть тысячи пунктов измерения уровня грунтовых вод, сеть мониторинговых скважин в Бразилии крайне редка. Поэтому для своего исследования Гетирана и его коллеги обучили модели искусственного интеллекта (ИИ) заполнять пробелы в данных.
Исследователи использовали в моделях данные из 398 мониторинговых скважин, спутниковые данные, показывающие незначительные изменения силы тяжести, вызванные колебаниями уровня грунтовых вод, а также информацию о геологии и почвенно-растительном покрове в различных районах и другие наборы данных. По словам Гетираны, ИИ реконструировал ежемесячные изменения уровня грунтовых вод в различных водоносных горизонтах Бразилии в период с 2002 по 2023 год с разрешением около 6 миль (10 километров).
«Затем мы реконструировали уровень грунтовых вод, чтобы оценить пополнение водоносных горизонтов — то есть то, сколько воды попадает в систему грунтовых вод и пополняет ее — по всей стране», — пояснил он.
Результаты исследования, опубликованные 3 июня в журнале Science Advances, свидетельствуют о серьезных и постоянных потерях грунтовых вод в центральной, северо-восточной и юго-восточной частях Бразилии, в том числе в бассейнах рек Сан-Франсиску, Парана, Юго-Атлантической и Восточно-Атлантической, которые вместе занимают 760 000 квадратных миль (1,97 миллиона квадратных километров), или около 23% территории Бразилии.
(Источник изображения: Рибейру Нето и др. (2016) Creative Commons (CC BY 4.0))
Некоторые из наиболее важных водоносных горизонтов Бразилии годами оставались без подпитки. Напротив, в бассейне Амазонки и некоторых частях южной Бразилии изменений либо не произошло, либо наблюдался локальный прирост грунтовых вод, связанный с изменением количества осадков и естественными колебаниями климата, сказал Гетирана.
«Для всей страны нет единой тенденции», — сказал он. «Мы обнаружили явный географический контраст».
Виной всему изменение климата
В исследовании не говорится о том, что изменения в грунтовых водах вызваны каким-то конкретным фактором, но из данных ясно, что климатические сдвиги сыграли важную роль в наблюдаемых закономерностях, говорит Гетирана. Несколько наиболее резких спадов уровня воды в водоносных горизонтах произошли после продолжительных засух и крупных климатических явлений, таких как цикл Эль-Ниньо в период с 2015 по 2016 год.
Из-за фрагментарного мониторинга сложно отделить и количественно оценить влияние сельского хозяйства, промышленности и домохозяйств на уровень грунтовых вод. Однако, по словам Гетираны, результаты показали, что потери грунтовых вод в значительной степени совпадают с районами интенсивного орошения, городского и промышленного потребления, добычи полезных ископаемых, изменения целевого назначения земель и высокой плотностью скважин.
«Таким образом, наиболее научно обоснованная интерпретация заключается в том, что дефицит воды обусловлен климатом, а добыча полезных ископаемых и изменения в землепользовании, вероятно, усиливают его масштабы и продолжительность в регионах с высокой интенсивностью использования», — сказал он.
Хавьер Томаселла, ученый-эколог и гидролог из Национального института космических исследований Бразилии, не принимавший участия в исследовании, согласился с тем, что основной причиной истощения водоносных горизонтов в Бразилии является изменение климата.
«Засухи в Бразилии длятся дольше и становятся более интенсивными, и это затрагивает большую часть страны, особенно центральные и северо-восточные регионы», — сказал Томаселла в интервью Live Science. Сильная засуха снижает пополнение запасов грунтовых вод и повышает спрос на воду, а это значит, что во время засушливых периодов люди выкачивают больше воды из водоносных горизонтов. «Вот почему в орошаемых районах последствия гораздо серьезнее», — сказал он.
(Фото: Туан Фернандес/Bloomberg via Getty Images)
Результаты исследования показывают, что, если в ближайшие несколько десятилетий засухи усилятся, в основных сельскохозяйственных регионах Бразилии может не хватить воды для выращивания некоторых культур. По словам Гетираны, грунтовые воды служат буфером, когда осадки и поверхностные водные ресурсы становятся ненадёжными, особенно для сельского хозяйства и муниципального водоснабжения.
Опасность заключается не столько в том, что водоносные горизонты полностью пересохнут, сколько в том, что уровень воды упадет настолько, что ее добыча станет слишком затратной по сравнению с прибылью от выращивания сельскохозяйственных культур.
«Такой же прогресс уже наблюдается в интенсивно эксплуатируемых водоносных горизонтах, таких как системы Высоких равнин и [Центральной] долины в США, а также водоносные горизонты в северной Индии и Бангладеш», — сказал Гетирана. «Вода не исчезает в одночасье. Доступ к ней постепенно становится все более затруднительным, ненадежным и дорогостоящим».
Риски, связанные с цепочками поставок
По словам Томазеллы, фермеры, скорее всего, адаптируются к сокращению запасов воды, переключаясь с водоемких культур, таких как соя, на менее требовательные к влаге, например кукурузу и пшеницу. Некоторые могут делать это в засушливый сезон, чтобы сэкономить воду, как это уже принято в таких регионах, как северная часть штата Парана, где используется система «двух урожаев». Но если нынешняя ситуация на рынке сохранится, решения фермеров о том, что выращивать, в конечном итоге будут зависеть от того, сколько денег они смогут заработать на урожае, покрывая при этом дополнительные расходы на ирригацию, сказал он.
По словам Томаселлы, общее производство культур, выращиваемых в основном без орошения, таких как соя и кукуруза, в ближайшее время не пострадает, но баланс этих культур может измениться. С другой стороны, общее производство культур, выращиваемых с орошением, таких как кофе, сахарный тростник и апельсины, может сократиться, «но это зависит от того, как будут развиваться засухи в ближайшие два десятилетия», — сказал он.
Страны, зависящие от импорта продовольствия из Бразилии, могут столкнуться с перебоями в поставках, но их масштабы трудно предсказать. Наиболее уязвимой страной, вероятно, является Китай, поскольку он импортирует из Бразилии около 80% соевых бобов, сказал Гетирана. В США и Европе может сократиться импорт кофе, сахара и апельсинов, а в Азии и на Ближнем Востоке — хлопка и кукурузы, добавил он.
«Только Соединенные Штаты в значительной степени зависят от Бразилии в плане импорта кофе и апельсинового сока», — сказал Гетирана.
По словам Томазеллы, если рыночные условия не изменятся, маловероятно, что производство говядины в Бразилии сократится, поскольку спрос на нее очень высок. Скорее всего, производство говядины увеличится, потому что бразильские фермеры еще не достигли максимального количества голов скота на акр пастбища. Однако крупный рогатый скот выделяет огромное количество метана, который является мощным парниковым газом, добавил он.
Побочные эффекты
Исследование имеет значение не только для сельского хозяйства, поскольку водоносные горизонты связаны с речными системами. По словам Томазеллы, снижение уровня грунтовых вод может привести к пересыханию рек, а это ударит по гидроэнергетической сети Бразилии, которая обеспечивает 60% производства электроэнергии в стране.
По его словам, альтернативой гидроэнергетике является сжигание ископаемого топлива и биомассы для производства электроэнергии. Это приводит к огромным выбросам углекислого газа, что усугубит проблему изменения климата и еще больше обострит водный кризис в Бразилии.
В краткосрочной перспективе потери грунтовых вод с большей вероятностью повлияют на снабжение питьевой водой в крупных бразильских городах, таких как Рио-де-Жанейро и Сан-Паулу, чем на сельское хозяйство, отметила Томаселла.
«Если засухи усилятся, может наступить момент, когда придется принимать очень жесткие решения, — сказал он. — Главный вопрос: является ли это новой нормой? Если да, то мы в очень глубоком кризисе». Сообщает livescience
.png "Получай новости на почту. Подписаться")