Lahan Pertanian California Tenggelam Lebih Cepat – Bisakah Kita Menghentikannya?

Lembah San Joaquin di California mengalami penurunan permukaan tanah yang parah akibat pengambilan air tanah yang berlebihan, sehingga menyebabkan kerusakan parah dan kerugian ekonomi.

Sebuah studi Stanford dari tahun 2006 hingga 2022 menyoroti tingkat penurunan permukaan tanah rata-rata hampir satu inci per tahun. Penelitian ini menyarankan penggunaan pengisian ulang akuifer yang dikelola banjir untuk mengatasi masalah ini secara berkelanjutan dengan mengisi ulang akuifer dan mencegah tenggelamnya lahan lebih lanjut.

Penurunan permukaan tanah di Heartland California

Sebuah studi baru mengungkapkan bahwa Lembah San Joaquin di California telah tenggelam dengan kecepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya selama dua dekade terakhir karena ekstraksi air tanah yang berlebihan melebihi pengisian ulang alami.

Penelitian tersebut menemukan bahwa, rata-rata, lembah tersebut tenggelam hampir satu inci per tahun dari tahun 2006 hingga 2022. Meskipun para ilmuwan dan pengelola perairan telah lama mengetahui fenomena ini, yang disebut “subsidensi”, dampak penuhnya masih belum jelas karena total luas tenggelamnya lembah tersebut mencapai 1 inci per tahun. belum diukur.

Kesenjangan pengetahuan ini sebagian disebabkan oleh kurangnya data yang konsisten. Sistem radar satelit, yang penting untuk melacak secara akurat perubahan ketinggian tanah, tidak terus-menerus memantau Lembah San Joaquin antara tahun 2011 dan 2015. Peneliti Stanford kini telah mengisi data yang hilang ini, memperkirakan seberapa besar tenggelamnya daratan selama periode tersebut.

“Studi kami adalah upaya pertama untuk benar-benar mengukur tingkat penurunan permukaan tanah di seluruh Lembah selama dua dekade terakhir,” kata penulis studi senior Rosemary Knight, seorang profesor geofisika di Stanford Doerr School of Sustainability. “Dengan temuan ini, kita dapat melihat gambaran besar dalam mitigasi penurunan permukaan tanah yang memecahkan rekor ini.”

Studi baru, diterbitkan hari ini (19 November) di Komunikasi Bumi dan Lingkunganmenawarkan gagasan tentang cara menghentikan tenggelamnya air melalui pengisian ulang air regional yang strategis dan pendekatan pengelolaan lainnya.

Harga Penurunan Tanah

Penurunan ketinggian lahan yang cepat dan tidak merata telah memaksa perbaikan kanal dan saluran air yang mengalirkan air kritis melalui Lembah San Joaquin ke kota-kota besar di California selatan senilai jutaan dolar. Dengan merusak sumur dan saluran irigasi setempat, penurunan permukaan tanah ini juga memperburuk masalah pasokan air di salah satu wilayah pertanian paling produktif di dunia.

“Tagihan untuk memperbaiki saluran air besar seperti Kanal Friant-Kern dan Saluran Air California sangat tinggi,” kata penulis utama Matthew Lees, PhD '23, seorang rekan peneliti di Universitas Manchester yang mengerjakan penelitian ini sebagai mahasiswa PhD di geofisika di Stanford. “Tetapi penurunan permukaan tanah juga mempunyai dampak lain. Seberapa parah banjir tahun lalu yang diperburuk oleh penurunan permukaan tanah? Berapa biaya yang dikeluarkan petani untuk meratakan kembali lahan mereka? Banyak dampak dari penurunan permukaan tanah yang belum diketahui secara pasti.”

Konteks Sejarah dan Tantangan Modern

Penurunan permukaan tanah terjadi ketika air dikeluarkan dari reservoir alami yang disebut akuifer, tempat air disimpan dalam sedimen bawah tanah termasuk pasir, kerikil, dan tanah liat. Ibarat spons, sedimennya penuh pori-pori. Ketika ruang-ruang tersebut dikosongkan, sedimen akan memadat – dalam beberapa kasus secara permanen, sehingga mengubah kapasitas pengangkutan air di masa depan – dan menyebabkan permukaan tanah turun.

Di Lembah San Joaquin, yang membentang dari timur San Francisco Bay Area hingga ke pegunungan di utara Los Angeles, pesatnya pertumbuhan pertanian dan populasi mendorong pemompaan air tanah secara agresif antara tahun 1925 dan 1970. Hasilnya: Lebih dari 4.000 mil persegi – sebuah luasnya setengah dari New Jersey – tenggelam lebih dari 12 inci, mencapai sekitar 30 kaki di beberapa lokasi, sebuah perubahan lanskap besar yang digambarkan dalam laporan pemerintah tahun 1999 sebagai “salah satu bencana terbesar perubahan permukaan tanah yang disebabkan oleh umat manusia.”

Masalah ini surut pada tahun 1970an setelah pemasangan saluran air baru. Namun hal ini kembali terjadi pada awal tahun 2000an di tengah serangkaian kekeringan, peningkatan pemompaan air tanah, perubahan penggunaan lahan, dan berkurangnya pengiriman dari sungai-sungai di California Utara. “Ada dua hal yang menakjubkan tentang penurunan permukaan tanah di lembah tersebut. Pertama, besarnya apa yang terjadi sebelum tahun 1970. Dan kedua, hal ini terjadi lagi saat ini,” kata Knight.

Wawasan Mengenai Tingkat Subsidensi Saat Ini

Untuk mengukur tingkat penurunan permukaan tanah baru-baru ini, Lees dan Knight beralih ke teknik yang dikenal sebagai radar aperture sintetik interferometri, atau InSAR. Teknik ini menangkap perubahan ketinggian di sebidang tanah seukuran lapangan sepak bola sesering beberapa kali dalam sebulan dengan memancarkan sinyal radar dari orbit. Sinyal dipantulkan kembali ke satelit, dan analisis sinyal yang diterima menunjukkan perubahan ketinggian tanah.

Catatan data InSAR untuk Lembah San Joaquin tidak merata antara tahun 2011 dan 2015, karena terbatasnya jangkauan satelit. Untuk mengisi kesenjangan ini, Lees dan Knight menggunakan data ketinggian dari Global Positioning System (GPS) stasiun yang tersebar di seluruh wilayah. Mereka mengidentifikasi pola spasial dalam catatan InSAR dan menggunakannya untuk menginterpolasi ketinggian di wilayah yang luas antar stasiun GPS.

Solusi Berkelanjutan untuk Masa Depan

Analisis tambahan yang dilakukan para peneliti menunjukkan bahwa akuifer Lembah San Joaquin membutuhkan sekitar 220 miliar galon air yang masuk setiap tahun – melalui proses alami atau rekayasa – untuk mencegah penurunan permukaan tanah di masa depan.

Jumlah ini sekitar 7 miliar galon lebih sedikit dari jumlah air permukaan yang tersisa di Lembah San Joaquin rata-rata dalam satu tahun setelah semua kebutuhan lingkungan terpenuhi. “Saya optimis bahwa kita dapat melakukan sesuatu untuk mengatasi penurunan permukaan tanah,” kata Knight. “Kelompok saya dan kelompok lain telah mempelajari masalah ini selama beberapa waktu, dan penelitian ini merupakan bagian penting dalam mencari cara untuk mengatasinya secara berkelanjutan.”

Mengisi Kembali Akuifer untuk Mencegah Tenggelam

Pendekatan pengelolaan air yang disebut pengisian ulang akuifer yang dikelola banjir (flood-MAR), yang diadopsi secara luas di California, dapat membantu. Hal ini melibatkan pengalihan kelebihan air permukaan dari curah hujan dan pencairan salju ke lokasi di mana air dapat meresap ke bawah dan mengisi ulang akuifer.

Membasahi seluruh Lembah melalui air banjir MAR tidaklah mungkin dilakukan. “Kita harus menyasar tempat-tempat dimana subsidensi akan menimbulkan kerugian sosial dan ekonomi yang paling besar,” kata Knight. “Jadi, kami melihat tempat-tempat di mana penurunan muka tanah akan merusak saluran air atau sumur rumah tangga di komunitas kecil, misalnya.”

“Dengan mengambil perspektif berskala Lembah ini,” tambah Knight, “kita dapat mulai mencari solusi yang layak.”

Referensi: “Kuantifikasi penurunan permukaan tanah yang memecahkan rekor di Lembah San Joaquin California” oleh M. Lees, dan R. Knight, 19 November 2024, Komunikasi Bumi & Lingkungan.
DOI: 10.1038/s43247-024-01778-w