Pierwszy globalny deficyt wody w antropocenie

Wody gruntowe są istotnym zasobem wód na Ziemi i jednocześnie podstawą zaspokojenia potrzeb ponad połowy ludności świata. Ich dostępność jest jednak coraz bardziej uzależniona od zmiany klimatu i ekstremalnych zjawisk pogodowych. Artykuł opublikowany 23 września br. w czasopiśmie Nature Communications analizuje globalne zależności pomiędzy deficytem wody w glebie, przepływami powierzchniowymi a stanem wód podziemnych w latach 1980–2020, ze szczególnym uwzględnieniem momentu pierwszego pojawienia się deficytu wód gruntowych (ToFE – Time of First Emergence).

W swoich badaniach naukowcy z Busanu w Korei Południowej wykorzystali trzy wskaźniki opisujące zmienność klimatyczną i hydrologiczną, wyliczane z danych z okresów 48-miesięcznych:

• SPEI48 (Standardized Precipitation-Evapotranspiration Index – Standaryzowany Indeks Opadu i Parowania), który odzwierciedla równowagę między opadem a parowaniem;
• SRFI48 (Standardized Runoff Index – Standaryzowany Indeks Odpływu), opisujący przepływy powierzchniowe;
• SGI48 (Standardized Groundwater Index – Standaryzowany Indeks Wód Gruntowych), który wskazuje na zmiany w poziomie wód podziemnych.

Coraz suchszy świat

W 40-letnim okresie badań zaobserwowano wyraźny wzrost częstości i zasięgu epizodów suszy. Średnie wartości SPEI48 wskazywały na systematyczne przesuszanie się klimatu w regionach półpustynnych i śródziemnomorskich, m.in. w Afryce Północnej, na Bliskim Wschodzie i w południowej Europie. W tym samym czasie SRFI48 ujawnił zmniejszający się odpływ powierzchniowy w strefach umiarkowanych, co oznacza ograniczone zasilanie systemów rzecznych i warstw wodonośnych.

Najbardziej niepokojące były jednak wartości SGI48 – wskaźnik ten wykazał globalny trend spadkowy, wskazujący na obniżanie się poziomu wód podziemnych w wielu regionach świata. Szczególnie silne zmiany dotyczyły południa Stanów Zjednoczonych, północnych Indii, północnych Chin oraz Bliskiego Wschodu, gdzie tempo spadku przekraczało 0,02 jednostki SGI rocznie.

Kiedy zaczyna się deficyt – pojęcie ToFE

Jednym z najważniejszych rezultatów badań było określenie momentu pierwszego pojawienia się deficytu wód gruntowych (ToFE). ToFE zdefiniowano jako pierwszy rok, w którym długotrwała susza wód podziemnych (DZD – groundwater drought) stała się statystycznie istotna i utrzymywała się przez kolejne lata. Innymi słowy, ToFE wyznacza moment, w którym lokalny system wodonośny wchodzi w stan chronicznego niedoboru, z którego nie powraca do wcześniejszego poziomu odnawialności.

Analiza wykazała, iż ToFE pojawił się globalnie już w latach 90. XX w., jednak jego przestrzenny rozkład był zróżnicowany. W regionach suchych i półsuchych (np. Bliski Wschód, Półwysep Indyjski, południowo-zachodnie USA) deficyt wód gruntowych pojawił się wcześniej – między 1985 a 1995 r. W strefach o umiarkowanym klimacie moment ten nastąpił później – po roku 2000, a w regionach tropikalnych wiele obszarów nie wykazało jeszcze trwałego ToFE.

Średni globalny czas pojawienia się ToFE dla obszarów dotkniętych suszą wyniósł około 24 lata od początku analizowanego okresu, co oznacza, iż większość regionów świata doświadczyła pierwszych trwałych deficytów wód gruntowych już około 2004 r.

Zależności między wskaźnikami i opóźniona reakcja wód gruntowych

Korelacje między wskaźnikami potwierdzają, iż zmiany w systemie klimatycznym mają wyraźne, ale opóźnione skutki dla wód podziemnych. Średni globalny współczynnik korelacji pomiędzy SPEI48 a SGI48 wyniósł 0,45, a pomiędzy SRFI48 i SGI48 – 0,52. Oznacza to, iż warunki klimatyczne i powierzchniowy odpływ silnie wpływają na bilans wód gruntowych, przy czym efekt ten jest rozłożony w czasie: w wielu regionach wody podziemne reagują na suszę dopiero po 6–18 miesiącach.

Badacze wskazują, iż wcześniejsze wystąpienie ToFE w regionach o szybkim spływie powierzchniowym potwierdza tę zależność – tam, gdzie opady nie infiltrują głęboko, deficyt pojawia się wcześniej i utrwala szybciej.

Zróżnicowanie regionalne i skutki długoterminowe

Na obszarach, gdzie ToFE wystąpił już w latach 80. i 90., obserwuje się dziś największe spadki poziomu wód gruntowych. W niektórych regionach Indii i Chin obniżenie zwierciadła wody przekracza lokalnie 0,5 metra rocznie, co ma poważne konsekwencje dla zaopatrzenia ludności i rolnictwa w wodę.

W strefach tropikalnych, takich jak Amazonia czy Afryka Środkowa, występowanie ToFE jest rzadsze i bardziej nieregularne, co wiąże się z większą zmiennością opadów i zdolnością środowiska do regeneracji. Niemniej jednak autorzy ostrzegają, iż wraz z nasilaniem się ekstremów klimatycznych granica trwałego deficytu może przesuwać się na nowe obszary.

Wnioski: sygnał ostrzegawczy dla zarządzania wodami

Wprowadzenie pojęcia ToFE pozwoliło po raz pierwszy globalnie określić moment, w którym lokalne systemy wód podziemnych wchodzą w trwały stan deficytu. Wyniki pokazują, iż dla znacznej części planety ten dzień już nastąpił – a niedobór wód gruntowych będzie się pogłębiał, jeżeli nie zostaną wdrożone działania łagodzące skutki zmiany klimatu.

Autorzy podkreślają konieczność zintegrowanego monitoringu i modelowania procesów hydrologicznych, łączącego obserwacje klimatyczne, dane satelitarne i pomiary terenowe. Tylko w ten sposób można przewidzieć przyszłe zmiany ToFE i skutecznie chronić zasoby wód podziemnych.

źródło:

Ravinandrasana, V.P., Franzke, C.L.E. The first emergence of unprecedented global water scarcity in the Anthropocene. Nat Commun 16, 8281 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-63784-6