南非地下水流失导致地表上升

过去十年，南非部分地区地势上升了多达六毫米——高精度全球导航卫星系统（GNSS）接收器网络探测到这一细微但可测量的变化。这些追踪毫米级变化的仪器揭示了一种颠覆长期地质假设的模式：正在消失的地下水，而非古老的构造力，正在推动地势上升。

多年来，科学家们一直将这种现象与地幔柱（从地球深处升起的熔岩柱）联系起来。然而，由波恩大学的马坎·卡雷加尔博士、克里斯蒂安·米尔克、海伦娜·格德纳博士和尤尔根·库舍博士领导的一项合作研究却揭示了不同的故事。研究人员结合全球导航卫星系统（GNSS）数据和美国国家航空航天局（NASA）重力恢复与气候实验（GRACE）的卫星测量数据，发现严重干旱与陆地隆升之间存在直接关联。水资源损失最严重的地区海拔最高。

不同 GPS 站的高度变化，红色表示上升，蓝色表示下降。在 2015 年至 2019 年的干旱期间，上升尤为明显。

尽管GRACE卫星在绘制大规模水体变化图方面具有革命性意义，但它也指出，GRACE卫星仅提供了分辨率高达数百公里的粗略区域快照。为了填补这一空白，研究人员转而使用能够以更精细的尺度模拟水循环的水文模型。这些模型证实了实地观测数据的结论：随着水库干涸、土壤干涸、地下水减少，地壳就像一个紧握的拳头释放出的泡沫球一样反弹。

这些模型证实了实地数据的预测：随着水库干涸、土壤干涸、地下水减少，地壳开始反弹——就像一个泡沫球从紧握的拳头中释放出来一样。这种弹性反应不仅仅是理论上的。南非近一半的淡水储量都蕴藏在地下，被不断地开采用于农业、工业和饮用水。

2012年至2020年南非水资源流失和增加情况。区域颜色越深，水资源流失量越大。三角形代表GPS站点，红色三角形表示该站点自2012年以来高度有所上升。

2015-2019年的干旱使开普敦濒临“断水日”（水龙头即将干涸），暴露了这些水资源的脆弱性。如今，探测到地表隆起的GNSS站台可以成为预警系统，科学家可以通过测量地表隆起程度来估算地下水流失量。这些数据可以帮助指导在危机爆发前何时定量供水的决策。

其影响超越国界。随着气候变化扰乱全球降雨模式，这种方法为监测从加利福尼亚到印度河流域等地区的地下水提供了一种低成本的工具。南非的经验可以作为全球水资源紧张地区的样板。