人类大量抽取地下水 正在给地球造成多种影响

来源：地理与生物

地球上对水的需求不断增长正在导致广泛的全球变化。地下水枯竭对周围环境造成了不利的变化，例如地面沉降、水质恶化以及地下水层的排水。

科学家们还发现，从地下水源抽水的速度和幅度会产生全球范围的影响，特别是使地轴倾斜得足够大。

地球的轴心是什么？

地球自然倾斜约 23.5 度，并以每小时约 1,000 英里的速度绕南北轴自转。该轴对于季节性天气变化和其他气候环境影响至关重要，这些影响使我们的星球能够正常循环。

黑暗背景下的地球，有星星和一条穿过中间的线，显示地轴，并带有标签 23.5 度、地轴和赤道。

地球倾斜23.5度。图表：美国宇航局，公共领域。

开采了多少地下水？

然而，最近的研究表明，这种情况正在发生变化，人类活动再次影响了这种变化。科学家们现在报告说，大量地下水被从地下抽出，这影响了地球绕轴旋转的方式，并导致持续的变化。

2010 年的一项研究计算出，1993 年至 2010 年间，人类从地球内部抽取了 2,150 亿吨水，如果将这些水放在地球表面海洋上，  相当于海洋总上升量约 6 毫米。

一口地下水井。照片：美国地质勘探局，公共领域。

地下水开采如何影响极移

为了了解地下水枯竭的影响，该研究着眼于极地运动。极移是地球自转轴相对于其表面的移动或移动，通常以北极和南极的漂移来测量。

研究人员在考虑和不考虑地下水抽取的情况下对极地漂移进行了建模。在不考虑 2010 年研究计算出的 2,150 亿吨地下水重新分配的情况下，该模型错误地计算了每年 4.3 厘米（1.7 英寸）的极地漂移，如虚线所示。下图(b)中的蓝色线。

两张带有注释的极地视图图显示了不同的水运动（例如冰川融化和地下水抽取）对太阳运动的影响。

研究发现，地下水抽取是对极移 (PM) 的第二大影响，并导致地球极移每年向 64.16°E 移动 4.36 厘米。当考虑地下水枯竭时，PM 激发的总趋势贡献因素用蓝色实线表示，而当不考虑地下水枯竭时，用蓝色虚线表示。红色箭头代表观察到的 PM 激发。图：参见 et al., 2023, CC BY 4.0。

地轴的变化正在影响海平面上升

科学家现已表明，从 1993 年到 2010 年，地球极点以 4.36 厘米/年的速度向 64.16°E 漂移。这意味着我们每年都在远离地球之前的地轴倾斜。

这主要是由于大量的水被抽取，现在通过将这些水重新分配回海洋，导致整体海平面上升。地下水库和地表之间水的压力和质量的变化会改变水的总质量及其对地球倾斜的影响。

可以使用射电望远镜对太空中静止物体的观测来测量地轴。质量的变化使地球能够改变其轴心；随着地球上的质量增加，地球的自转轴就会移动。

通常这是暂时的，因为一旦质量重新分配或从一种形式演变为另一种形式，质量就会恢复到之前的水平。地壳和地核之间熔岩的运动也确实改变了地球的整体质量结构。

水从地下移动到地球表面如何影响倾斜

现在的模型表明，地下水开采也对地球的长期质量变化有重大贡献。1993年至2010年间，水从地球内部向外部的转移导致地轴总共移动了78.48厘米。

顶部和底部图形将地球显示为球体，并以二维地图显示地球上水的变化如何改变地轴。

研究人员在 2016 年发表的一项研究中发现，地轴对北纬 45 度和南纬 45 度发生的变化特别敏感。印度次大陆和里海地区的地下水枯竭和干旱导致地球自转轴东移。图表：NASA/JPL-Caltech。

为了全面计算地下水对地球倾斜的影响及其对海平面总体上升的影响，必须使用大气压力、海底压力、水坝后面的人工水库、极地冰、山地冰川质量、风、洋流和地下水数据。根据各种数据库确定并根据模型进行估计。全球水文模型PCR-GLOBWB 用于估算地下水库的总取水量。

还可能令人担忧的是，由于水的重新分配，地下水开采也显着影响海平面上升。总体而言，这项研究受到以下事实的限制：它只能追溯到 1993 年，而从地下水库中提取水的工作早在 20 世纪初就开始了。

这意味着，如果可以通过在建模中考虑到这一因素，对历史取水量进行估计，以纳入其对地轴倾斜的潜在影响，那么就可以研究地下水的历史趋势和总贡献，该模型还结合了其他因素，例如地球与地球之间的熔岩变化。地壳和核心。

抽取地下水的地方

绝大多数开采量似乎也来自印度和美国西部，这些地区数十年的干旱以及人口和农业的增长导致了地下水的大规模抽取。

并排的阴影地形图以蓝色阴影显示 1955 年和 2001 年的灌溉情况，以黄色、绿色、红色渐变显示地下水枯竭情况。

随着灌溉需求的增加，美国西部地区的地下水枯竭加速。地图：NASA 根据 Y. Wada 等人的数据。全球年度地下水枯竭，1900-2100 年和 Y. Wada 等人。全球每月灌溉量，1/12 度，1900-2005 年。

2017 年发表的一项研究发现，2000 年至 2020 年间，地下水增加了 22%。小麦、水稻、糖料作物、玉米和棉花等地下水密集型作物是这一增长的主要推动力。这项研究还发现，世界上几乎所有的粮仓（即美国、墨西哥、中东和北非、印度、巴基斯坦和中国的主要农业地区）都位于过度依赖含水层供水的地区。

与抽取地表水的限制相比，目前对地下水资源的限制没有那么严格。这项研究的意义在于，考虑到地下水对整体海平面上升和地轴倾斜的影响，可能需要更多的限制或替代做法。

此外，在德克萨斯州西部等地区，地下水库正在迅速减少，导致水资源流失，并且形成天坑等影响日益加剧。

在加利福尼亚州，过去 10 年有 5000 多口井干涸，这让人感受到了规模，以及地下水开采如何开始对地下水资源以及整体海平面上升产生有害影响。

美国和墨西哥毗邻地区的地图，上面覆盖着黄色到红色的热图梯度，显示地下水枯竭的区域。

2020 年美国西部地下水枯竭。资料来源：NASA，公共领域。