Европа уже много лет страдает от сильной засухи. По всему континенту уровень грунтовых вод был низким с 2018 года. Этого не меняют экстремальные погодные явления, такие как локальные наводнения, хотя они могут создать ложное впечатление, что ситуация с водой в Европе не так уж и плоха.
В 2020 году в журнале «Geophysical Research Letters» была опубликована статья Евы Бергенс, в которой автор документально зафиксировал значительный дефицит воды в Центральной Европе в летние месяцы 2018 и 2019 годов. С тех пор исследователи гораздо больше смотрят на проблему близко. Финансируемый ЕС проект Global Gravity-based Groundwater Product (G3P) использовал спутниковую гравиметрию для наблюдения за мировыми ресурсами подземных вод и документирования того, как они изменились за последние годы.
Анализ данных, проведенный Торстеном Майер-Гюрром и Андреасом Квасом из Института геодезии Технического университета Граца (TU Graz), ясно показывает, что в Европе не было повышения уровня грунтовых вод. Исследователи предупреждают, что это может иметь очень негативные и далеко идущие последствия для всего континента.
Серьезные обстоятельства
Последствия длительной засухи были видны в Европе летом 2022 года: высохли русла рек, медленно исчезли многочисленные водохранилища и целые связанные с ними экосистемы. Сухая почва также является большой проблемой для сельского хозяйства и энергетики. Атомным электростанциям во Франции не хватало охлаждающей воды, а гидроэлектростанции тоже не могли работать на полную мощность. Следовательно, нехватка энергии была зафиксирована по всему континенту.
Как геодезисты Технического университета Граца могут использовать космические данные для точных расчетов грунтовых вод? В основе проекта G3P лежат спутники-близнецы Том и Джерри. Расстояние между ними около 200 километров. Тот, что сзади (Том), не может догнать того, кто впереди (Джерри), поэтому они были названы в честь мультяшных героев.
Расстояние между спутниками непрерывно и точно измеряется. Если они летят над горой, спутник впереди изначально быстрее, чем спутник сзади из-за увеличенной массы под ним. Пройдя гору, он снова немного замедляется, но спутник за ним ускоряется, как только достигает вершины. После прохождения их относительная скорость снова стабилизируется. Эти большие вариации массового расстояния являются основными переменными измерения для определения гравитационного поля Земли и определяются с микрометровой точностью.
Ежемесячная карта
За сутки спутники совершают оборот вокруг Земли 15 раз, а это значит, что за месяц они покрывают всю поверхность нашей планеты. Таким образом, Технический университет Граца может ежемесячно предоставлять вам полную гравитационную карту Земли. - Вычислительные усилия довольно велики. Измерения расстояния между спутниками производятся каждые пять секунд, что дает около полумиллиона показаний в месяц. На этой основе мы затем наносим на карту гравитационное поле, — объясняет Торстен Майер-Гюрр.
Однако одной гравикарты недостаточно для определения уровня грунтовых вод. Спутники показывают все массовые изменения на Земле и не делают различия между морем, озерами и грунтовыми водами. Торстен Майер-Гюрр и его команда, зная общую массу, вычитают из нее изменения массы рек и озер, влажность почвы, снега и льда. В конце концов, все, что осталось, это грунтовые воды.
Такие расчеты требуют широкого международного сотрудничества. Поэтому проект 3GP укомплектован специалистами с данными о массе разных типов воды из Австрии, Германии, Швейцарии, Франции, Испании, Финляндии и Нидерландов.
У Европы проблемы
Последствия этого сотрудничества показывают, что ситуация с водой в Европе сейчас стала очень неопределенной. Торстен Майер-Гюрр не ожидал такого масштаба. - Несколько лет назад я бы никогда не подумал, что вода может стать проблемой в Европе, особенно в Германии или Австрии. Здесь реальные проблемы с водоснабжением. Мы должны иметь это в виду, объясняет ученый.
По мнению исследователей, необходимо продолжать документирование продолжающейся засухи, а для этого требуется продолжение миссии спутников в космосе и дальнейшее международное сотрудничество. Поэтому Европейское космическое агентство ESA и его американский коллега NASA продолжат совместные исследования в рамках проекта MAGIC (Mass-change And Geoscience International Constellation).