هبوط الأرض هو أحد المخاطر الجيولوجية الناجمة عن الاستقرار المفاجئ أو التدريجي (سنوات إلى عقود) لسطح الأرض، بسبب إزالة المواد تحت السطح.
ويمكن أن يكون ذلك بسبب مجموعة متنوعة من العوامل، سواء الطبيعية (مثل الزلازل والنشاط البركاني وضغط الرواسب الدقيقة غير المجمعة) والبشرية (على سبيل المثال، التعدين واستخراج المياه الجوفية).
يشكل مشكلة كبيرة في المناطق الحضرية حيث يمكن أن يتسبب في انهيار المباني وإلحاق الضرر بالبنية التحتية مما قد يشكل خطراً على الحياة ومشكلة في إدارة الموارد.
مع زيادة هبوط الأراضي الذي يحدث في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية، فإن العامل الرئيسي الذي يؤدي إلى الهبوط هو استخراج المياه الجوفية – إزالة المياه المخزنة في مسام الطبقات تحت السطح ونقلها بعيدًا للاستهلاك البشري والري في الزراعة، مما يؤدي إلى ضغط الرواسب الجوفية.
هذا هو محور بحث جديد، نُشر في مجلة Geophysical Research Letters ، حيث حدد العلماء وجود علاقة إيجابية كبيرة بين معدل استخراج المياه الجوفية والهبوط، مما يعني أن هذه المناطق يجب أن تكون محورًا رئيسيًا لإدارة الموارد المائية للتخفيف من هذه المخاطر الجيولوجية.
ظاهرة مدمرة تدمر البنية التحتية
تسيمور دافيدزينكا، دكتوراه، تحول الباحث في كلية كولورادو للمناجم بالولايات المتحدة، وزملاؤه الدكتور بيجمان تهماسيبي والبروفيسور نعمة شكري، إلى الذكاء الاصطناعي للتعلم العميق للتنبؤ بحجم هبوط الأراضي على مستوى العالم.
وفي شرح أهمية بحثهما، قال تسيمور والدكتور تهماسيبي: “إن هبوط الأراضي هو ظاهرة مدمرة تدمر البنية التحتية وطبقات المياه الجوفية، فضلا عن تعريض حياة البشر للخطر، وقد لعب النمو السكاني دورا لا يمكن إنكاره في استخراج الموارد التي أدت إلى هبوط”.
وأضاف “بناء على دراساتنا، أدركنا أن هناك العديد من الدراسات المحلية في بلدان مختلفة تستكشف هبوط الأراضي، ولكن لا توجد أبحاث كافية على المستوى العالمي، ومثل هذه الخرائط إما أنها لا تقدم أي معلومات حول حجم الهبوط، وهو أكثر أهمية من “إنها مجرد فرصة لمراقبتها، أو أنها تقتصر على النطاقات الإقليمية، وباستخدام تقنيات النمذجة الحديثة المستندة إلى البيانات، قدمنا أول خريطة عالمية لمعدلات الهبوط، والتي يمكن استخدامها لتوجيه سياسات إدارة المياه الجوفية وتوجيه التخفيف.”
استخدم الباحثون البيانات الموجودة من دراسات هبوط الأراضي والاستشعار عن بعد لإنشاء مجموعة بيانات تدريبية تضم 46000 سيناريو هبوط إلى جانب مجموعة مختارة من 23 حالة مناخية وجغرافية وطبوغرافية (بما في ذلك هطول الأمطار وتكوين التربة وسمك الرواسب والانحدار) تم استخدامها لتدريب نموذج التعلم الآلي، والذي كان بعد ذلك قادرًا على تقدير المساحة الإجمالية للأرض المعرضة لخطر الهبوط والهبوط. السكان في هذه المناطق.
5% من مساحة اليابسة العالمية معرضة لمعدلات هبوط
لقد توصلوا إلى أن أكثر من 6.3 مليون كيلومتر مربع من سطح الأرض (حوالي 5% من إجمالي مساحة اليابسة العالمية) معرضة لمعدلات هبوط تعتبر كبيرة بما يكفي لإحداث أضرار وتتطلب استراتيجيات تخفيف – وهي أكبر من 5 ملم/سنة.
يأتي هذا من العمل السابق الذي اقترح أن 12 مليون كيلومتر مربع من سطح الأرض شهدت معدلات هبوط تبلغ 430 ملم / سنة.
ومن بين هذا، تم تحديد أكثر من 6.3 مليون كيلومتر مربع، و231000 كيلومتر مربع في المناطق الحضرية، حيث تظهر الكثافة السكانية أن ما يقرب من 2 مليار شخص (25% من سكان العالم) يقعون في هذه المناطق شديدة الخطورة.
حدد نموذج التعلم الآلي، أن استخراج المياه الجوفية هو المؤشر الرئيسي لهبوط الأرض، يليه النشاط الزلزالي الناتج عن الزلازل، ثم الظروف البيئية (تحديدًا هطول الأمطار) التي تؤثر على تغذية المياه الجوفية، وسمك الوحدة الرسوبية (الوحدات الأكبر التي تحتوي على مساحة أكبر للضغط النهائي)، ومتوسط درجة الحرارة الأشهر الأكثر دفئًا (مهم للمناطق القاحلة وشبه القاحلة المعرضة للهبوط)، ومحتوى التربة الطينية، والكثافة السكانية.
الاستثمار في تقنيات إعادة تدوير المياه
ونظرًا لأن استخراج المياه الجوفية هو الاهتمام الرئيسي، يقترح تسيمور والدكتور تهماسيبي، طرقًا يمكن من خلالها تعديل اعتماد سكان العالم على ذلك في المستقبل، “ولتقليل الاعتماد على المياه الجوفية، تشمل التدابير الاستراتيجية تعزيز كفاءة استخدام المياه، وتنفيذ أطر تنظيمية صارمة وتحفيز الممارسات الزراعية التي تعمل على تحسين استهلاك المياه، بالإضافة إلى ذلك، فإن الاستثمار في تقنيات إعادة تدوير المياه واستخلاصها يمكن أن يزيد من توافر المياه دون الاعتماد المفرط على المياه الجوفية.
وأضاف تهماسيبي “يمكن استكمال التخلص التدريجي من استخراج المياه الجوفية من خلال تسخير مصادر بديلة مثل مياه الصرف الصحي المعالجة، وتجميع مياه الأمطار وإدارة مياه الأمطار، ومع ذلك، يجب أن يأخذ التحول في الاعتبار أيضًا القيود المكانية للخزانات والجدوى الاقتصادية لتحلية مياه البحر، ومن خلال دمج ممارسات الحفظ، واستخدام التكنولوجيا ومن خلال الابتكارات وتنويع مصادر المياه، يمكن إنشاء نظام بيئي مستدام لإمدادات المياه، مما يخفف من التحديات البيئية والاجتماعية والاقتصادية المرتبطة بالاستخراج المفرط للمياه الجوفية.
وفيما يتعلق بالرواسب الأكثر تأثراً بالهبوط، تم تحديد 3.8 مليون كيلومتر مربع من الرواسب غير المجمعة (10% من الامتداد العالمي) على أنها خطر رئيسي، مع أعلى معدلات هبوط تبلغ 320.6 ملم/سنة.
وشكلت الأراضي المزروعة أكبر مساحة معرضة للتهديد، بمساحة 2.1 مليون كيلومتر مربع في جميع أنحاء العالم (12.2% من الأراضي المزروعة في العالم)، في حين شهدت المرتفعات شبه الاستوائية والمناخات المحيطية المعتدلة معدلات هبوط معززة تزيد عن 50 ملم/سنة.
بشكل عام، تم تصميم منطقة جنوب آسيا بحيث تحتوي على أكبر مساحة من الأراضي المهددة بالهبوط (2.2% من إجمالي مساحتها تعاني من معدلات هبوط تزيد عن 50 ملم/ سنة) بالإضافة إلى أكبر عدد من الأشخاص المتأثرين به (20 مليون نسمة)، وتشمل البلدان الأخرى التي تزيد معدلات هبوطها عن 50 ملم/ سنة الفلبين وإيران وكوستاريكا وإندونيسيا وأوزبكستان.
في حين أن هذا البحث يوفر خريطة عالمية مهمة لهبوط الأراضي والتي ستساعد الشركات والمزارعين والسلطات المحلية في المناطق المعرضة لمخاطر أعلى على التخطيط للتحديات التي قد يواجهونها في المستقبل، إلا أن هناك حاجة إلى مزيد من الضبط الدقيق للنموذج. على هذا النحو، ذكر تسيمور والدكتور تهماسيبي، أنه “من الممكن بالتأكيد” أن تكون النماذج المستقبلية ذات دقة عالية بما يكفي لتمكين السلطات المحلية الفردية من استخدام البيانات لاستراتيجيات التخفيف.
على سبيل المثال، نظرًا لأهمية استخراج المياه الجوفية في مجموعة البيانات، بما في ذلك مزيد من التفاصيل حول عمق الاستخراج، ونوع طبقة المياه الجوفية، والفارق الزمني بين الاستخراج وانخفاض منسوب المياه الجوفية، فضلاً عن التفاعل بين صناعة النفط والغاز (المساهمة في 4.36%) من سجلات الهبوط الحالية)، هي خطوات ضرورية لتعزيز هذا العمل الحيوي.
ومع تزايد عدد السكان الذي يزيد من اعتمادنا على المياه الجوفية وتغير المناخ الذي يؤدي إلى الجفاف، فإن تأثير انخفاض المياه الجوفية على هبوط الأراضي سيظل قضية ملحة في السنوات القادمة.
