Amerikaanse onderzoekers hebben een manier ontwikkeld om met verkeersgeluid de bodemvochtigheid te meten. Ze kijken daarvoor naar trillingen in de ondiepe grond. Deze zone, bekend als de onverzadigde zone, speelt een belangrijke rol bij de wateropname van planten en gewassen.
Traditionele methoden, zoals satellietbeelden, bieden vaak alleen gegevens in een lage resolutie en kunnen de snel veranderende vochtigheid in de ondergrond niet adequaat vastleggen. De nieuwe methode maakt gebruik van een techniek die normaal gesproken wordt ingezet om de bewegingen van de aarde tijdens aardbevingen te meten. Met deze techniek kunnen echter ook andere trillingen gedetecteerd worden, bijvoorbeeld van verkeersgeluid. Die trillingen dringen de ondergrond binnen en worden vertraagd wanneer ze water tegenkomen. Hoe meer water er aanwezig is, hoe meer de trillingen vertragen, wat helpt om de vochtigheid in de onverzadigde zone te bepalen.
Lasers in glasvezelkabels
De techniek is gebaseerd op Distributed Acoustic Sensing (DAS). Bij DAS worden lasers op ongebruikte ondergrondse glasvezelkabels gericht. Wanneer trillingen door deze kabels bewegen, wordt het laserlicht dat door de kabels loopt vervormd. Door deze vervormingen te meten, kunnen onderzoekers informatie verkrijgen over de trillingen en dus de bodemvochtigheid.
Geïnspireerd door een aardbeving
Het idee om DAS te gebruiken voor het meten van bodemvochtigheid ontstond na een aardbeving met een kracht van 7,2 in Ridgecrest, Californië, in 2019. De onderzoekers hadden toen een DAS-opstelling geplaatst om naschokken te monitoren. Ze realiseerden zich dat deze opstelling ook kon worden ingezet om de bodemvochtigheid te meten. Gedurende de daaropvolgende vijf jaar verzamelden ze gegevens met de DAS-installatie. Ditmaal gebeurde dat niet aan de hand van naschokken, maar met geluid van het dagelijks verkeer in de buurt van de locatie. Daarna ontwikkelden ze een computermodel om de veranderingen in bodemvochtigheid op te volgen.
Nauwkeurige methode
De wetenschappers konden met hun model de fluctuaties in bodemvochtigheid in de onverzadigde zone nauwkeurig in kaart brengen. Dat vertellen ze in hun studie, die gepubliceerd werd in vakblad Nature Communications. Ze ontdekten dat de vochtigheid in deze laag van 2019 tot 2022 sterk was afgenomen. In die periode werd Californië geteisterd door een lange droogteperiode. “Uit de bovenste 20 meter van de bodem in de Ridgecrest-regio kunnen we extrapoleren naar de hele Mojavewoestijn“, zegt Yan Yang, een van de auteurs van het onderzoek. “Onze ruwe schatting is dat de onverzadigde zone in de Mojave elk jaar een hoeveelheid water verliest die gelijk is aan de Hoover Dam. In de droogtejaren 2019 tot en met 2022 is de onverzadigde zone steeds droger geworden.”
Op zoek naar andere locaties
De technieken die in dit onderzoek zijn ontwikkeld, kunnen mogelijk ook op andere plaatsen worden toegepast. “We weten dat deze methode heel goed werkt voor deze specifieke locatie”, zegt Ruby Fu, een van de onderzoekers. “Veel andere interessante regio’s met hetzelfde klimaat zouden verschillende hydrologische processen kunnen hebben.”
Steeds belangrijker door klimaatverandering
Klimaatverandering heeft een aanzienlijke impact op de grondvochtigheid. Droogteperiodes komen op veel plaatsen op aarde vaker voor en duren ook langer. Deze veranderingen leiden tot een afname van de bodemvochtigheid, wat rechtstreeks invloed heeft op de groei van planten. Dit kan resulteren in lagere opbrengsten van landbouwgewassen, verstoring van natuurlijke ecosystemen en een verhoogd risico op bosbranden. Technieken om de grondvochtigheid te meten, gaan naarmate het klimaat verder opwarmt dan ook een belangrijkere rol spelen.
