Au cours de la dernière période glaciaire, les tempêtes ont trempé le sud-ouest des États-Unis désormais aride, tandis que le nord-ouest pluvieux d'aujourd'hui est resté relativement sec. Alors que les températures mondiales augmentaient et que les calottes glaciaires se retiraient, ces tempêtes se sont déplacées vers le nord – déménageant les schémas climatiques qui définissent les deux régions aujourd'hui.
Recherche publiée dans Avancées scientifiques révèle que les niveaux des eaux souterraines ont réagi différemment dans les deux régions au cours de ce changement dramatique. Alors que le nord-ouest du Pacifique a vu peu de changement dans la profondeur de la nappe phréatique malgré une augmentation des précipitations, le sud-ouest a subi une perte importante des eaux souterraines.
Les résultats suggèrent que les aquifères du sud-ouest – critiques à des millions de personnes – peuvent être plus vulnérables aux changements climatiques.
« En moyenne, les modèles climatiques suggèrent que le sud-ouest des États-Unis pourrait devenir plus sec tandis que le nord-ouest du Pacifique pourrait devenir plus humide d'ici la fin du siècle », a déclaré Alan Seltzer, scientifique associé à Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) et auteur principal de l'étude.
Seltzer et ses co-auteurs, dont sept scientifiques affiliés à WHOI, ont construit de nouveaux enregistrements de niveaux des eaux souterraines à partir de la dernière résiliation glaciaire, une période de réchauffement, de perte de calotte glaciaire et de changement environnemental majeur qui s'est produit entre 20 000 et 11 000 ans.
« La dernière période glaciaire nous donne une fenêtre pour explorer la dynamique des eaux souterraines qui pourrait être tout à fait pertinente pour les changements futurs », a déclaré Seltzer.
Les eaux souterraines sont la plus grande source d'eau douce utilisable de la Terre, fournissant jusqu'à la moitié de l'eau que les gens utilisent pour la consommation d'alcool, l'agriculture et l'industrie. Mais avec des millions de puits à risque de séchage en raison de notre changement climatique, comprendre comment les eaux souterraines réagissent aux changements climatiques à long terme est essentiel pour la planification future.
Les enregistrements modernes des eaux souterraines sont limités aux derniers siècles et sont compliqués par l'activité humaine. Pour examiner les tendances à plus long terme, l'équipe de recherche a analysé les eaux souterraines fossiles de 17 puits à Washington et en Idaho, remontant à 20 000 ans.
En utilisant une nouvelle méthode développée par Seltzer, ils ont mesuré des isotopes de xénon et de krypton – des gaz non sensibles à la séparation gravitationnelle – pour calculer les profondeurs de la nappe phréatique.
L'analyse de l'équipe a montré que les niveaux des eaux souterraines du Pacifique Nord-Ouest sont restés remarquablement stables de la dernière période glaciaire au début de l'Holocène, malgré des précipitations accrues. Ils ont combiné les résultats avec des travaux antérieurs dirigés par Seltzer, qui ont constaté que les niveaux de nappe phréatique dans le sud de la Californie ont fortement chuté en réponse à une perte de précipitations pendant la déglaciation.
« Revenir dans le temps vers de grands changements d'amplitude nous aide à comprendre le comportement d'un système, comme les eaux souterraines, que nous pouvons avoir du mal à capturer avec de courts enregistrements modernes », a déclaré Seltzer.
Pour valider ces résultats, les chercheurs ont comparé les anciens données des eaux souterraines aux simulations d'un modèle de système terrestre qui comprend des processus des eaux souterraines à grande échelle.
« Le modèle a donné presque exactement la même réponse que les mesures isotopiques », a déclaré Seltzer. « Ce fut un résultat passionnant qui suggère que même des modèles d'eau souterraine relativement simples peuvent capturer la dynamique clé. »
L'étude souligne non seulement la vulnérabilité des aquifères du sud-ouest, mais montre également comment la combinaison des données du paléoclimat avec des modèles modernes peut améliorer la planification future des ressources en eau dans le monde entier.
« Alors que cette étude s'est concentrée sur l'ouest de l'Amérique du Nord, en utilisant ces simulations de modèle combinées avec les nouvelles idées des anciens enregistrements de profondeur de la nappe phréatique, nous avons pu tracer des zones de préoccupation à l'échelle mondiale », a déclaré le co-auteur Kris Karnauskas, professeur agrégé de sciences atmosphériques et océaniques de Cu Boulder.
« En allant au-delà de la simple précipitation, ces résultats devraient aider à diriger les efforts de recherche et d'adaptation aux régions avec une insécurité d'eau accrue à l'avenir. »
Une étude associée sur les eaux souterraines fossiles, dirigée par le laboratoire de Seltzer en collaboration avec l'Université de Manchester, s'est concentrée sur les idées géologiques de l'ancienne eau souterraine dans le nord-ouest du Pacifique.
Publié dans la revue Géoscience de la natureL'étude analyse les eaux souterraines de 17 puits dans l'aquifère du bassin Palouse qui couvre la frontière de Washington-Idaho, et utilise une nouvelle technique analytique lancée à WHOI pour identifier l'apport de gaz volcanique à l'aquifère malgré un manque d'activité volcanique ou tectonique moderne dans la région.
Ces résultats pourraient donner aux scientifiques une meilleure idée des processus géologiques et chimiques qui se produisent profondément à l'intérieur de la terre, indiquant que les flux de gaz diffus du manteau peu profond peuvent se produire largement dans les régions volcaniquement inactives.
