Проседание земли — это геологическая опасность, вызванная внезапным или постепенным оседанием (от нескольких лет до десятилетий) земной поверхности из-за удаления подповерхностного материала. Это может быть связано с множеством факторов, как природных (таких как землетрясения, вулканическая деятельность и уплотнение мелкозернистых рыхлых отложений), так и антропогенных (например, горные работы и забор подземных вод). Это представляет собой серьезную проблему в городских зонах, где может привести к обрушению зданий и повреждению инфраструктуры, что может стать угрозой для жизни и проблемой управления ресурсами.
При увеличении проседания земель , происходящем в густонаселенных районах, ключевым фактором, вызывающим проседание, является забор грунтовых вод — удаление воды, хранящейся в поровом пространстве подземных слоев, и транспортировка ее для потребления человеком и орошения в сельском хозяйстве, что приводит к уплотнению грунта. подземные отложения.
Этому посвящено новое исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters , в котором ученые выявили значительную положительную корреляцию между скоростью забора подземных вод и проседанием, а это означает, что эти области должны быть основным направлением управления водными ресурсами для смягчения этой геологической опасности.
Цимур Давиденко, к.э.н. Исследователь из Горной школы Колорадо, США, и его коллеги доктор Пейман Тахмасеби и профессор Нима Шокри обратились к искусственному интеллекту глубокого обучения, чтобы предсказать масштабы оседания суши во всем мире. Объясняя значимость своего исследования, Цимур и доктор Тахмасеби заявили: «Оседание земель — это разрушительное явление, которое наносит ущерб инфраструктуре и водоносным горизонтам, а также подвергает опасности человеческие жизни. Рост населения сыграл неоспоримую роль в добыче ресурсов, что привело к проседание.
«На основе наших исследований мы поняли, что в разных странах существует несколько локальных исследований, изучающих проседание земель, но недостаточно исследований в глобальном масштабе. Такие карты либо не дают никакой информации о величине проседания, что важнее, чем только шанс наблюдать это, или они ограничены региональными масштабами. Используя современные методы моделирования на основе данных, мы представили первую глобальную карту темпов проседания, которую можно использовать для информирования политики управления подземными водами и смягчения последствий».
Исследователи использовали существующие данные исследований оседания земель и дистанционного зондирования для создания набора обучающих данных, состоящего из 46 000 сценариев оседания. Наряду с выбором из 23 климатических, географических и топографических условий (включая осадки, состав почвы, толщину отложений и уклон) они использовались для обучения модели машинного обучения, которая затем смогла оценить общую площадь земли, подверженной риску проседания, и населения в этих зонах.
Они определили, что более 6,3 миллиона км 2 поверхности Земли (~ 5% от общей площади суши в мире) подвержены темпам оседания, которые считаются достаточно значительными, чтобы нанести ущерб и требуют стратегий смягчения последствий — они превышают 5 мм/год. Это следует из предыдущих исследований, в которых предполагалось, что 12 миллионов км 2 поверхности земли испытали скорость оседания 430 мм/год. Из них более 6,3 млн км 2 , 231 000 км 2 приходится на городские районы, где плотность населения составляет около 2 миллиардов человек (25% мирового населения), расположенных в этих зонах высокого риска.
Модель машинного обучения определила, что забор грунтовых вод является основным показателем проседания земли, за которым следует сейсмическая активность от землетрясений, затем условия окружающей среды (а именно осадки), влияющие на пополнение подземных вод , толщина осадочных пород (более крупные образования имеют больше места для окончательного уплотнения), средняя температура самых теплых месяцев (важно для засушливых и полузасушливых регионов, подверженных проседанию), содержания глины в почве и плотности населения.
Учитывая, что забор подземных вод является основной проблемой, Цимур и доктор Тахмасеби предлагают способы, с помощью которых зависимость населения мира от этого может быть изменена в будущем. «Чтобы свести к минимуму зависимость от подземных вод, стратегические меры включают повышение эффективности использования воды, внедрение строгих нормативных рамок и стимулирование сельскохозяйственных методов, которые оптимизируют потребление воды. Кроме того, инвестиции в технологии рециркуляции и рекультивации воды могут увеличить доступность воды без чрезмерной зависимости от подземных вод.
«Постепенный отказ от добычи подземных вод можно дополнить использованием альтернативных источников, таких как очищенные сточные воды, сбор дождевой воды и управление ливневыми водами. Однако при переходе следует также учитывать пространственные ограничения водоемов и экономическую целесообразность опреснения морской воды. Путем интеграции методов сохранения, использования технологий Благодаря инновациям и диверсификации источников воды можно создать устойчивую экосистему водоснабжения, смягчая экологические и социально-экономические проблемы, связанные с чрезмерным забором подземных вод».
Что касается отложений, наиболее пострадавших от оседания, то 3,8 миллиона км 2 рыхлых отложений (10% глобальной площади) были определены как представляющие основной риск, с самой высокой скоростью оседания 320,6 мм/год. Возделываемые земли представляют собой крупнейшую территорию, находящуюся под угрозой, — 2,1 миллиона км 2 во всем мире (12,2% мировых обрабатываемых земель), в то время как в субтропических высокогорьях и умеренном океаническом климате наблюдаются повышенные темпы оседания, превышающие 50 мм/год.
В целом, согласно модели, Южная Азия имеет наибольшую площадь земель, находящихся под угрозой оседания (2,2% ее общей площади испытывают темпы оседания более 50 мм/год), а также наибольшее количество людей, которые будут затронуты этим явлением (20 миллионов человек). ). Другие страны со скоростью опускания, превышающей 50 мм/год, включают Филиппины, Иран, Коста-Рику, Индонезию и Узбекистан.
Хотя это исследование предоставляет важную глобальную карту оседания земель, которая поможет предприятиям, фермерам и местным властям в районах с повышенным риском планировать проблемы, с которыми они могут столкнуться в будущем, требуется дальнейшая доработка модели. Таким образом, Цимур и доктор Тахмасеби заявляют, что «определенно возможно», что будущие модели будут иметь достаточно высокое разрешение, чтобы отдельные местные органы власти могли использовать данные для стратегий смягчения последствий.
Например, учитывая значимость забора подземных вод в наборе данных, включая более подробную информацию о глубине забора, типе водоносного горизонта, задержке между забором и снижением уровня грунтовых вод, а также взаимодействие нефтегазовой промышленности (что способствует 4,36% текущих данных о проседании), являются необходимыми шагами для активизации этой жизненно важной работы. Поскольку рост населения увеличивает нашу зависимость от подземных вод, а изменение климата усиливает засухи, влияние истощения грунтовых вод на оседание земель будет по-прежнему оставаться актуальной проблемой в ближайшие годы.
