Table of Contents

Углубляющийся кризис: как деятельность человека усиливает засухи в Калифорнии

Климат в Средиземноморье, естественно, колеблется между влажными и сухими периодами, но засухи 21-го века оказываются более продолжительными, жаркими и более серьезными, чем любые в исторической истории. В то время как естественная изменчивость играет роль, растущее количество научных данных указывает на деятельность человека как на ключевые факторы, которые не только усугубляют условия засухи, но и фундаментально изменяют водный цикл штата. От того, как мы используем воду до ландшафтов, которые мы строим, и парниковых газов, которые мы выбрасываем, человеческие отпечатки пальцев находятся на протяжении усиливающегося засухового кризиса Калифорнии. Понимание этих связей имеет важное значение для разработки эффективных стратегий смягчения последствий и управления, которые могут защитить сообщества, экосистемы и экономику.

Использование и потребление воды: превышение устойчивых пределов

Самый прямой вклад человека в усиление засухи - это чистый объем воды, которую мы извлекаем из рек, озер и водоносных горизонтов. Экономика и население Калифорнии зависят от воды, но спрос часто опережает предложение, особенно в засушливые годы. Это чрезмерное потребление истощает поверхностные и подземные запасы воды, оставляя штату гораздо меньше буфера, чтобы выдержать длительный сухой период.

Сельскохозяйственное доминирование

Сельское хозяйство составляет примерно 80 % от общего потребления воды человеком в Калифорнии, что делает его единственным крупнейшим потребителем. Центральная долина, один из самых продуктивных сельскохозяйственных регионов в мире, в значительной степени полагается на ирригацию для выращивания таких культур, как миндаль, фисташки, люцерна и рис. Во время засух фермеры перекачивают больше грунтовых вод, чтобы компенсировать сокращение выделения поверхностных вод, ускоряя истощение подземных запасов. Исследование 2022 года Калифорнийским департаментом водных ресурсов показало, что перекачка грунтовых вод в сельском хозяйстве увеличилась более чем на 201 % в течение засухи 2012-2016 годов по сравнению с влажными годами. Это увеличение отвода одновременно удаляет воду, которая в противном случае поддерживала бы поток и экосистемы, ухудшая воздействие засухи на реки и водно-болотные угодья.

Городской и промышленный спрос

Городское водопользование, хотя и меньше по объему, является высококонцентрированным и часто неэффективным. В разросшихся городах штата — Лос-Анджелесе, Сан-Франциско, Сан-Диего — есть большие газоны, декоративные ландшафты и стареющая инфраструктура, которая утечка миллионов галлонов в день. Промышленность также потребляет значительные суммы для производства, охлаждения и переработки. Несмотря на успехи в области сохранения после обязательных ограничений на воду 2015 года, городские районы по-прежнему в значительной степени извлекают из тех же напряженных водоразделов. Один протекающий кран может тратить тысячи галлонов в год; умноженный на миллионы домашних хозяйств, совокупные потери ошеломляют.

Овердрафт грунтовых вод: заимствование из будущего

Подземные воды являются основным засушливым резервом Калифорнии, но они осушаются быстрее, чем могут быть пополнены. В течение сухих лет перекачка грунтовых вод может составлять более половины общего объема водоснабжения штата. Эта неустанная добыча привела к тому, что уровень грунтовых вод в некоторых районах упал на сотни футов, особенно в долине Сан-Хоакин. Последствия серьезны: скважины высыхают, земля спадает (в некоторых местах понижается со скоростью до фута в год), а качество воды ухудшается по мере того, как более глубокая, старая и соленая вода составляется. Закон об устойчивом управлении подземными водами 2014 года (SGMA) направлен на то, чтобы привести бассейны в равновесие к 2040 году, но многие бассейны остаются критически перегруженными. До тех пор овердрафт продолжает усиливать последствия засухи, удаляя тот самый буфер, который должен помочь Калифорнии пережить сухие периоды.

Изменения в землепользовании: изменение ландшафта

Человеческая модификация естественного ландшафта Калифорнии играет важную роль в том, как вода перемещается по окружающей среде. Городское развитие, обезлесение и интенсивное сельское хозяйство заменили местную растительность и почвы непроницаемыми поверхностями и уплотненным грунтом, изменяя гидрологический цикл способами, которые ухудшают засуху.

Урбанизация и непроницаемые поверхности

Когда леса, луга или водно-болотные угодья превращаются в города и пригороды, земля теряет способность поглощать осадки. Крыши, дороги, стоянки и тротуары создают обширные области непроницаемого покрова. Вместо того, чтобы впитываться в почву и подпитывать грунтовые воды, дождевая вода быстро утекает, часто перенося загрязняющие вещества в ручьи. Этот сток теряется вниз по течению и выходит в океан, недоступный для последующего использования в сухие периоды. В Южной Калифорнии, например, ливневые стоки из городских районов оцениваются в миллиарды галлонов в год — вода, которая в противном случае могла бы помочь пополнить истощенные водоносные горизонты, если бы их захватили и проникли.

Обезлесение и изменение растительности

Леса — это естественные губки: их древесные навесы перехватывают осадки, их корневые системы стабилизируют почву, а органическое вещество на лесном дне сохраняет влагу. Крупномасштабная вырубка лесов для сельского хозяйства, развития и древесины устраняет этот эффект губки. В Сьерра-Неваде лесозаготовки и пожаротушение изменили структуру леса, сделав ландшафт более подверженным лесным пожарам. После лесного пожара сгоревшие склоны становятся гидрофобными, отталкивая воду, а не поглощая ее. Это увеличивает стоки и эрозию при одновременном снижении влажности почвы и подпитки грунтовых вод. Исследование USGS 2020 показало, что водоразделы в недавно сожженных районах имели на 50 % меньше потока воды по сравнению с несгоревшими водоразделами, непосредственно усугубляя условия засухи.

Конверсия сельскохозяйственных земель

Преобразование природных экосистем в сельскохозяйственные угодья также изменяет водный баланс. Многие культуры имеют более короткие корневые системы, чем местная растительность, поэтому они извлекают воду из более мелких глубин почвы и требуют орошения. Практика подтопления полей, оставляя их голыми, подвергает почву эрозии и испарению и снижает способность земли захватывать и хранить осадки. Некоторые поля опрокидываются или уплотняются, что еще больше уменьшает инфильтрацию. В Центральной долине обширное орошение фактически создало «теневое озеро» из персидских грунтовых вод вблизи поверхности в некоторых районах, но это временный артефакт чрезмерного орошения и не представляет собой устойчивый резерв. Когда засуха падает и ирригация прекращается, эти мелкие подземные водоемы быстро исчезают, оставляя землю даже более сухой, чем если бы местная растительность присутствовала.

Изменение климата и деятельность человека: атмосферная рука

Возможно, наиболее далеко идущий вклад человека в интенсивизацию засухи - это изменение климата, вызванное, прежде всего, выбросами парниковых газов от сжигания ископаемого топлива, обезлесения и промышленных процессов.Изменяющиеся климатические условия изменяют фундаментальные строительные блоки водоснабжения Калифорнии: температуру, характер осадков и снежный покров.

Повышение температуры и эвапотранспирация

Средние температуры в Калифорнии выросли примерно на 1,8 ° F (1 ° C) с 1900 года, с еще большим увеличением летом и во внутренних регионах. Более теплый воздух удерживает больше влаги, что увеличивает скорость испарения из почв, водохранилищ и поверхностей растений. Это означает, что во время засухи ландшафт высыхает быстрее. Исследование 2014 года, опубликованное в журнале «Климат» [[FLT: 2]] [[FLT: 4]] [[FLT: 5]], показало, что антропогенное потепление составило 8-27% дефицита влаги во время засухи 2012-2016 годов. К высоте засухи 2012-2016 годов эта фракция, вероятно, выросла. Более высокое испарение снижает влажность почвы, стрессы культур и лесов и более быстро истощает хранилище резервуаров.

Потеря снежного покрова и сдвиги в сроках

Снежный пакет в Сьерра-Неваде в Калифорнии функционирует как естественный резервуар, сохраняя зимние осадки в виде снега и медленно выпуская его в виде талой воды весной и летом. Изменение климата резко сокращает этот снежный пакет. Более высокие температуры вызывают больше осадков, выпадающих в виде дождя, а не снега, и снег, который накапливает расплавы раньше. С 1950 года снежный пакет 1 апреля сократился примерно на 25%. Меньший, ранее плавящийся снежный пакет означает меньше воды, доступной во время пикового орошения и спроса месяцев лета и осени. Это заставляет водопользователей больше полагаться на резервуары, которые часто стягиваются слишком рано, оставляя их уязвимыми для длительных сухих периодов. Результат двойной удар: меньше естественного хранения и большее антропогенное давление на управляемые поставки.

Измененные модели осадков

Климатические модели прогнозируют, что Калифорния будет испытывать большую изменчивость осадков: влажные годы могут стать более влажными (из-за интенсивных атмосферных рек) и сухие годы даже более сухими. Этот «выпадение осадков» усиливает тяжесть засухи, потому что те же самые общие годовые осадки могут выпадать в меньшем количестве, более интенсивные штормы. Сильные дожди на сухой, уплотненной почве быстро утекают, а не замачиваться, что приводит к меньшему количеству подпитки грунтовых вод и большему риску наводнения. Между тем, удлинение интервалов между штормами позволяет почвам высыхать более тщательно, увеличивая риск экстремальных условий засухи даже в годы с почти нормальными суммами осадков. Анализ NOAA 2023 NOAA пришел к выводу, что антропогенное изменение климата сделало частоту «мегазасухи» условия в западных Соединенных Штатах, по крайней мере на 50% более вероятной с 1900 года.

Овердрафт грунтовых вод и окрестности суши: обратная связь

Взаимодействие между использованием воды человеком и физической инфраструктурой земной коры создает опасную обратную связь. Поскольку грунтовые воды перекачиваются неустойчиво, вес наземных слоев сжимает слои водоносного горизонта, вызывая постоянное уплотнение. Это оседание земли повреждает каналы, дороги и здания и, что критически важно, снижает емкость хранения самого водоносного горизонта. Даже если будущие водные годы принесут сильный дождь, уплотненный водоносный горизонт больше не может удерживать такой же объем воды. Это означает, что овердрафт не только углубляет текущие засухи, но и уменьшает способность штата восстанавливаться и готовиться к будущим сухим периодам. По оценкам Департамента водных ресурсов Калифорнии, оседание навсегда потеряло более 1 миллиона акров футов емкости подземных вод в одной только долине Сан-Хоакин — количество, примерно равное годовому водопользованию 2 миллионов домашних хозяйств.

Сельскохозяйственная практика и выбор урожая

Виды культур, выращиваемых в Калифорнии, и методы, используемые для их орошения, оказывают непосредственное влияние на спрос на воду и устойчивость к засухе. Высокоценные, водоемкие постоянные культуры, такие как миндаль, фисташки, виноград и люцерна, резко расширились с 1980-х годов. Эти сады и виноградники, когда-то созданные, требуют орошения каждый год; они не могут быть потоплены во время засухи так же легко, как ежегодные культуры. Долгосрочная приверженность постоянным культурам запирает высокий спрос на воду на десятилетия.

Неэффективность ирригации

Хотя многие фермеры приняли эффективные системы капельного и микро-спринкера, значительная часть сельскохозяйственных земель штата по-прежнему использует менее эффективное поверхностное орошение (борозда или наводнение). Даже эффективные системы могут быть чрезмерно применены без надлежащего мониторинга влажности почвы. По оценкам Тихоокеанского института, использование сельскохозяйственной воды в Калифорнии может быть сокращено на 15-20% за счет улучшения планирования ирригации, лучшего обслуживания системы и принятия стратегий дефицитного орошения. Тем не менее, многие производители не имеют финансового стимула или технической поддержки для внесения этих изменений, особенно когда грунтовые воды остаются дешевыми или нерегулируемыми.

Альфальфа и связь с животноводством

Альфальфа является одной из самых водоемких культур, выращиваемых в Калифорнии, требуя примерно 4-6 акров воды на акр в год. Большая часть этой люцерны экспортируется в другие штаты или используется в качестве корма для скота, что представляет собой виртуальный экспорт воды. Критики утверждают, что выращивание малоценной высоководной культуры в регионе, подверженном пустыне, экономически и экологически несостоятельно. Дискуссия продолжается, но реальность такова, что выбор урожая является человеческим решением, которое непосредственно влияет на тяжесть нехватки воды во время засух.

Стратегии политики и смягчения последствий: поворот течения

Признавая роль человека в интенсификации засухи, Калифорния приняла ряд политических мер и реформ управления, направленных на снижение уязвимости и повышение устойчивости. Хотя прогресс неравномерный, эти усилия представляют собой критический сдвиг в сторону устойчивого управления водными ресурсами.

Закон об управлении устойчивыми подземными водами (SGMA)

Пройденный в 2014 году во время самой сильной засухи, SGMA является первым всеобъемлющим законом штата, требующим от местных агентств устойчивого управления подземными водами. К 2040 году все бассейны должны достичь «устойчивости», прекратив овердрафт и избегая нежелательных результатов, таких как оседание и ухудшение качества воды. Реализация является сложной и спорной, поскольку она потребует сокращения прокачки во многих бассейнах, потенциально обваливая сотни тысяч акров сельскохозяйственных угодий. Но без SGMA истощение подземных вод будет продолжаться неослабевающее, а последствия засухи будут еще более серьезными.

Сохранение и эффективность городской воды

С тех пор как после 2016 года были отменены обязательные ограничения на воду, многие городские поставщики воды сохранили меры по сохранению. Государственные программы по эффективности и сохранению водыПрограммы по повышению эффективности и сохранению воды способствуют высокоэффективным приборам, обнаружению и ремонту утечек, засухоустойчивому озеленению (California Friendly) и использованию вторичной воды. В 2022 году губернатор Ньюсом призвал к добровольному сокращению 15% в городском водопользовании, а некоторые города добились постоянного сокращения на 20%-30% за счет инновационных цен, образования и скидок. Эти меры снижают давление на поверхностные и грунтовые воды, делая государство более устойчивым.

Утилизация воды и захват ливневой воды

Калифорния имеет большой неиспользованный потенциал в переработке воды и захвате ливневых вод. В настоящее время штат перерабатывает только около 700 000 акров воды в год, но потенциал оценивается в более чем 2 миллиона акров воды. Расширяются проекты, такие как программа Чистой воды Сан-Диего и усилия по переработке воды завода в Лос-Анджелесе. Аналогичным образом, захват ливневых вод - особенно в городских районах - может перезарядить водоносные горизонты и уменьшить зависимость от импортной воды. Закон о планировании ресурсов ливневых вод [4] поощряет муниципалитеты рассматривать ливневую воду как ресурс, а не неприятность. Эти стратегии помогают буферизировать последствия засухи путем диверсификации портфелей воды.

Адаптация к изменению климата и сокращение выбросов

Решение проблемы изменения климата требует смелых действий штата и федерального правительства по выбросам парниковых газов. Калифорнийская AB 32 (2006) и последующие SB 32 (2016) поставили амбициозные цели по сокращению выбросов до 40% ниже уровня 1990 года к 2030 году и углеродной нейтральности к 2045 году. Если эти цели будут достигнуты, потепление замедлится, и тяжесть будущих засух будет частично сдерживаться. Меры по адаптации, такие как улучшение здоровья лесов, корректировка операций водохранилища для более раннего таяния снега и развитие засухоустойчивых культур, дополняют смягчение последствий путем подготовки к изменениям, которые уже заблокированы.

Путь вперед: интегрированное управление водными ресурсами

No single action will solve California’s drought problem. The crisis is a complex result of interacting human activities: water use, land use, and climate change. Solutions must therefore be holistic and integrated. This means managing surface water and groundwater together, balancing agricultural and urban needs, restoring natural ecosystems to improve water capture, and rapidly decarbonizing the economy. It also means acknowledging that some regions may have to reduce their water footprint permanently. California’s water future depends on collective human choices. By recognizing how our activities intensify drought, we can also see the path to a more resilient and sustainable relationship with water. The stakes are high, but so is the potential for positive change through informed policy, technology, and stewardship.