Les communautés croissantes et l'agriculture approfondie dans l'ouest des États-Unis comptent sur des eaux de fonte qui se déversent des montagnes enneigées chaque printemps. Les modèles de prédiction de la quantité de ce débit de ruisseau disponible chaque année ont longtemps supposé qu'une petite fraction de fonte de neige chaque année entre dans un sol peu profond, le reste sortant rapidement dans les rivières et les ruisseaux.
De nouvelles recherches des hydrologues de l'Université de l'Utah, cependant, suggèrent que la génération de flux de flux est beaucoup plus compliquée. La plupart des ruisseaux de printemps se dirigeant vers les réservoirs ont en fait plusieurs années, ce qui indique que la plupart des chutes de neige de montagne ont un voyage invisible de plusieurs années en tant qu'eau souterraine avant de quitter les montagnes.
Les résultats indiquent également qu'il existe un ordre de grandeur plus d'eau stocké sous terre que la plupart des responsables de l'eau occidentale, a déclaré le chef de la recherche Paul Brooks, professeur de géologie et de géophysique.
« En moyenne, il faut plus de cinq ans à un flocon de neige qui tombe dans les montagnes pour sortir comme débit », a déclaré Brooks. « La plupart de nos modèles, que ce soit pour prédire le débit de cours d'eau ou de prédire la quantité d'eau auront des années sèches, sont basées sur l'idée qu'il y a très peu d'eau stockée dans les montagnes. Maintenant, nous savons que ce n'est pas le cas. La plupart de l'eau entre dans le sol et il se situe pendant quelque part entre trois et 15 ans avant qu'il ne soit utilisé par les plantes ou qu'il entre dans les ruisseaux. »
L'équipe a collecté des échantillons de ruissellement sur 42 sites et a utilisé l'analyse des isotopes du tritium pour déterminer l'âge de l'eau; C'est combien de temps s'est écoulé car il est tombé du ciel en tant que neige.
Publié dans la revue Communications Earth & Environmentles résultats ont été co-écrits par les professeurs de géologie U Sara Warix et Kip Salomon en collaboration avec des chercheurs en chercheur à l'ouest.
La détermination de l'âge du débit de montagne est une condition préalable pour prédire comment l'hydrologie des montagnes réagira aux changements dans le climat et l'utilisation des terres, ont déclaré les chercheurs.
« Nous savons que si nos cours d'eau sont soutenus par l'eau de 5 à 15 ans, il doit y avoir un décalage entre le stockage des entrées et la réponse. Et donc, même si nos modèles ont été bons dans le passé, assez bon pour prendre des décisions concernant l'utilisation de l'eau, les entrées de nos systèmes changent.
« Si nous voulons prendre de bonnes décisions à l'avenir, nous devons intégrer ce composant de stockage des eaux souterraines car les mécanismes passés, les processus antérieurs, ne seront pas les mêmes dans 20 ou 50 ans. »
Brooks a effectué l'échantillonnage en 2022 alors qu'il était en congé sabbatique, visitant 42 sites deux fois, une fois au milieu de l'hiver pour capturer le « flux de base » du ruisseau qui a probablement été alimenté entièrement par les eaux souterraines et à nouveau pendant le ruissellement du printemps.
« Les sites d'échantillonnage sont des emplacements où il y avait pas mal de recherches existantes, une distribution géographique de la frontale du Colorado aux pentes orientales de la Sierra », a déclaré Brooks. Les sites se trouvaient en Idaho, au Wyoming, en Utah, au Colorado, en Californie et au Nouveau-Mexique, représentant cinq grands bassins fluviaux.
L'état du suivi de l'Utah est particulièrement robuste, fournissant des données de flux continu datant de 120 ans. Il s'agit d'un ensemble de données inégalé qui a permis aux hydrologues de documenter les cycles historiques du climat et du débit qui auraient autrement été manqué, a déclaré Brooks.
Selon Salomon, la grande majorité de l'eau fraîche et utilisable de la Terre est souterraine, mais à quel point il y a un puzzle. Datation de l'eau offre des indices et pour déterminer l'âge de l'eau, Salomon se tourne vers Tritium, un isotope radioactif d'hydrogène avec une demi-vie de 12,3 ans.
Le tritium est produit naturellement dans la haute atmosphère, est un sous-produit des réacteurs nucléaires et a été produit une fois lors des tests d'armes pendant la guerre froide. En déterminant combien d'atomes de tritium se trouvent dans un échantillon d'eau par rapport à d'autres atomes d'hydrogène, les scientifiques peuvent calculer lorsque l'eau est tombée du ciel comme précipitation, mais seulement jusqu'à un siècle.
L'âge moyen du ruissellement échantillonné dans l'étude varie selon les bassins du bassin versant en fonction de leur géologie. Plus le sol est poreux, plus son eau est âgée, car le sous-sol peut contenir beaucoup plus d'eau. En revanche, les canyons glaciaires à faible perméabilité et un fondement peu profond, comme le petit canyon de Cottonwood de l'Utah, fournissent beaucoup moins de stockage souterrain et des eaux plus jeunes, selon l'étude.
Pendant des décennies, les gestionnaires des eaux fédéraux et étatiques se sont appuyés sur un réseau de sites de surveillance des manches neigeux pour fournir des données pour guider les prévisions de la disponibilité de l'eau pour l'année à venir. Il est maintenant clair que ces données de neige ne fournissent pas une image complète, selon les chercheurs.
« Pour une grande partie de l'Occident, en particulier à l'intérieur de l'Ouest où cette étude est basée, nos modèles ont perdu des compétences », a déclaré Brooks.
La déconnexion croissante entre les chutes de neige, les volumes de manteau neigeux et le débit de cours d'eau est entraînée par la variabilité de ces grands magasins d'eau souterrains auparavant non qualifiés. En tant que fait, Brooks a mis en évidence l'année d'eau de 2022, qui a vu des mangements neigeux dans de nombreux États occidentaux qui étaient proches ou juste en dessous de la moyenne. Pourtant, cette année-là a connu un stockage record des eaux souterraines, ce qui a entraîné un débit de stream de printemps bien inférieur à la moyenne.
