La scienza del monitoraggio della nostra risorsa più preziosa: l'acqua - Caltech Magazine

Oct 31, 2023

Gli scienziati e gli ingegneri del Caltech nel campus e al JPL, che Caltech gestisce per la NASA, utilizzano satelliti e monitor sismici per tracciare la risorsa più importante del pianeta, l'acqua, e costruiscono sistemi fluviali in miniatura in laboratorio per espandere la comprensione della società del ciclo dell'acqua in mezzo ai cambiamenti climatici , siccità e incendi.

Lo scorso luglio, le notizie sono state inondate di notizie di città e villaggi europei devastati da un’alluvione catastrofica. Le acque impetuose hanno avvolto le case, sradicato alberi e trasformato le strade in fiumi di fango e detriti. Mentre guardava le immagini dalla sua casa di Pasadena, Christian Frankenberg ha individuato luoghi familiari della sua infanzia. È cresciuto vicino alla città tedesca di Bonn, a circa una dozzina di miglia dalla valle dell'Ahr, una rigogliosa regione vinicola che ha subito alcuni dei peggiori danni causati dalle inondazioni.

"Ho camminato nella zona parecchie volte da bambino, quindi mi ha letteralmente colpito", dice Frankenberg, che ha un incarico congiunto come professore di scienze e ingegneria ambientale e ricercatore del JPL. "È una piccola valle stretta, quindi è sempre stata soggetta a inondazioni, ma non a questo livello. Il livello dell'acqua era qualcosa come due metri più alto del precedente livello dell'acqua più alto. Ho pensato: 'È pazzesco.'"

Frankenberg assorbì la notizia delle inondazioni con sgomento ma poca sorpresa. Dopotutto, studia il modo in cui il ciclo globale del carbonio della Terra interagisce e viene influenzato dal ciclo dell'acqua, il percorso che l'acqua segue mentre si muove tra l'oceano, la terra e l'atmosfera. Questo lavoro aiuta a dimostrare come la frequenza degli eventi meteorologici estremi stia aumentando a causa dei cambiamenti climatici. Mentre le inondazioni diventano più intense e gli uragani più forti in alcune aree, la siccità peggiora in altre, un presagio di scarsità di acqua dolce che diventa uno dei problemi cruciali del 21° secolo.

Lo studente laureato Nathan Jones (a sinistra) e Ruby Fu, assistente professore di ingegneria meccanica e civile (a destra), usano la tintura per analizzare la fluidodinamica dell'acqua mentre scorre attraverso la neve creata in laboratorio. Credito: Lance Hayashida/Caltech

Frankenberg cerca di non farsi influenzare troppo dalle notizie sul clima, ma l’obiettività scientifica può essere sfuggente quando le acque alluvionali sommergono il parco giochi della tua infanzia o quando il tuo stato d’origine intraprende una battaglia continua contro gli incendi esacerbati da condizioni croniche di siccità e carenza d’acqua. In tutto il Caltech, il campus e il JPL gli scienziati e gli ingegneri che misurano e monitorano l'acqua del pianeta si trovano in una situazione simile.

Mark Simons, professore di geofisica John W. e Herberta M. Miles e scienziato capo del JPL, e il suo team hanno utilizzato un radar satellitare per monitorare come il terreno nel sud della California si alza e si abbassa come un gigante che respira mentre l'acqua viene pompata dentro e fuori falde acquifere. "Il mio interesse principale era capire cosa fa muovere la terra su diverse scale temporali e i meccanismi sottostanti che controllano questo movimento", afferma. "Ma questo è un esempio in cui ciò che so fare può essere potenzialmente utile alla società."

Spronati dalla curiosità e da un nuovo senso di urgenza, i ricercatori delle divisioni dell'Istituto, incluso il JPL, e di attività interdisciplinari come il Resnick Sustainability Institute (RSI) utilizzano ogni strumento a loro disposizione per studiare e monitorare l'acqua della Terra e per comprendere le vaste energie e materiali trasportati dall'acqua. La loro ricerca si basa sui satelliti nello spazio e sulle fibre ottiche nelle profondità sotterranee, su simulazioni computerizzate avanzate e fiumi in miniatura costruiti in laboratorio. Le loro scoperte stanno colmando le lacune nella nostra conoscenza del ciclo idrologico della Terra e migliorando la gestione della nostra risorsa più preziosa.

Le loro scoperte potrebbero anche aiutarci a prepararci per i tumultuosi decenni a venire.

L’acqua è un fattore primario che influenza gli eventi meteorologici estremi legati ai cambiamenti climatici. "È visto come uno dei fattori dominanti del riscaldamento globale in futuro", afferma Frankenberg. "Idealmente, con i nuovi modelli climatici possiamo produrre stime statistiche migliori su come gli eventi estremi potrebbero cambiare in futuro."