Caltech는 지진 감지기와 교통 소음을 사용하여 토양 수분 측정에 혁명을 일으켰습니다.

Caltech 연구원들의 놀라운 혁신은 물 관리 및 농업 생산성에 중요한 요소인 토양의 수분 수준을 측정하는 방법을 변화시킬 것입니다. 팀은 전통적으로 지진 모니터링에 사용되는 지진 감지기를 활용하여 표면과 지하 대수층 사이의 영역인 유증대(vadose zone)의 토양 수분을 측정했습니다.

혁신적인 방법

Caltech의 획기적인 방법은 저해상도 평균만 제공하고 표면 아래로 침투할 수 없는 위성 이미징에서 벗어났습니다. 대신 연구원들은 교통과 같은 일상 활동에서 발생하는 진동을 활용하여 지하의 수분 수준을 이해했습니다. 이러한 진동은 물을 만나면 느려지므로 과학자들은 전례 없는 정확도로 수분 함량을 결정할 수 있습니다.

협력 노력

수문학자 Xiaojing (Ruby) Fu와 지진학자 Zhongwen Zhan의 공동 노력으로 이루어진 이 프로젝트는 분산 음향 감지(DAS)라는 기술을 활용합니다. 이 방법은 사용하지 않는 지하 광섬유 케이블을 가리키는 레이저를 활용하여 이를 광범위한 지진 센서 네트워크로 변환합니다.

캘리포니아주 Ridgecrest에 규모 7.2의 지진이 발생한 후 Zhan은 여진을 측정하기 위해 인근 케이블에 DAS 어레이를 조립했습니다. 팀은 곧 이 설정이 시간이 지남에 따라 토양 수분의 변동을 추적할 수도 있다는 것을 깨달았습니다.

중요한 결과

2019년에 걸쳐 연구팀은 유증지대 수분이 어떻게 변하는지 설명하기 위해 데이터를 수집하고 모델링했습니다. 이 연구는 2022년부터 XNUMX년까지 캘리포니아의 역사적인 가뭄 기간 동안 리지크레스트 지역의 수분이 크게 감소한 것을 발견했습니다. 지구물리학 대학원생이자 이번 연구의 공동 제XNUMX저자인 Yan Yang은 이러한 발견이 더 광범위한 의미를 가지고 있다고 지적했습니다.

Yang은 "Ridgecrest 지역의 토양 상위 20미터에서 모하비 사막 전체로 추정할 수 있습니다"라고 말했습니다. 보도 자료. “우리의 대략적인 추정은 매년 모하비 바도스 지역에서 후버댐과 맞먹는 양의 물이 손실되고 있다는 것입니다. 2019년부터 2022년까지의 가뭄 동안 vadose zone은 점점 더 건조해졌습니다.”

더 넓은 응용 분야

실시간으로 토양 수분을 모니터링하는 능력은 수자원 보존 노력에 있어 중요한 발전입니다. 다음으로 팀은 이 기술을 다양한 지역에 적용하여 다양한 기후가 토양 수분 역학에 어떤 영향을 미치는지 확인하는 것을 목표로 합니다.

Fu는 보도 자료에서 “우리는 이 방법이 이 특정 사이트에 매우 효과적이라는 것을 알고 있습니다.”라고 말했습니다. "동일한 기후를 가진 다른 많은 흥미로운 지역은 농업 활동이 물을 끌어오는 캘리포니아 중부와 같이 다른 수문학적 과정을 가질 수 있지만 이 지역은 시에라 네바다 산맥에서 눈이 녹은 곳이기도 합니다."

지원 및 향후 방향

이 선구적인 연구는 Caltech의 Resnick Sustainability Institute(RSI)와 국립과학재단(National Science Foundation)의 자금 지원과 지원을 받았습니다.

RSI의 프로그램 전무이사인 Neil Fromer는 "이것이 바로 Resnick Institute가 지원하도록 설계된 학제간 창의적 과학 유형입니다."라고 덧붙였습니다. "다른 방법으로는 함께 일할 수 없었을 동료들을 모아서 그 협력을 통해 물 가용성을 보다 지속 가능하게 측정하고 관리하는 데 도움이 되는 새로운 도구를 개발합니다."

연구 결과는 다음과 같은 제목의 논문에 자세히 설명되어 있습니다.vadose zone 토양 수분 역학의 광섬유 지진 감지,” Nature Communications에 게재되었습니다. 연구팀에는 현재 Woods Hole Oceanographic Institution의 박사후 연구원인 Zhichao Shen, 제트 추진 연구소의 Kyra H. Adams 및 Caltech의 DAS 과학자인 Ettore Biondi가 포함되어 있습니다.

이 혁신적인 접근 방식은 과학적 이해를 향상시킬 뿐만 아니라 물 관리 및 농업 관행에 대한 실행 가능한 통찰력을 제공하여 잠재적으로 가장 중요한 자원 중 하나를 모니터링하고 활용하는 방식을 변화시킬 가능성이 있습니다.