Osservazione satellitare della CO2 atmosferica e dei cambiamenti nello stoccaggio dell'acqua sull'Iran

Dec 09, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 3036 (2023) Citare questo articolo

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Come molti altri paesi del Medio Oriente, l’Iran ha sofferto di gravi carenze idriche negli ultimi due decenni, come evidenziato dal significativo calo dei livelli delle acque superficiali e sotterranee. I cambiamenti osservati nello stoccaggio dell’acqua possono essere attribuiti agli effetti che si rafforzano a vicenda delle attività umane, della variabilità climatica e, naturalmente, del cambiamento climatico. L’obiettivo di questo studio è analizzare la dipendenza dell’aumento della CO2 atmosferica dalla carenza idrica dell’Iran, per il quale indaghiamo la relazione spaziale tra il cambiamento dello stoccaggio dell’acqua e la concentrazione di CO2 utilizzando dati satellitari su larga scala. Conduciamo la nostra analisi utilizzando i dati sul cambiamento dello stoccaggio dell’acqua provenienti dal satellite GRACE e la concentrazione atmosferica di CO2 dai satelliti GOSAT e SCIAMACHY nel periodo 2002-2015. Per analizzare il comportamento a lungo termine delle serie temporali ci avvaliamo del test di Mann-Kendal e per lo studio della relazione tra la concentrazione di CO2 atmosferica e lo stoccaggio totale dell'acqua utilizziamo l'analisi di correlazione canonica (CCA) e il modello di regressione. I nostri risultati mostrano che l’anomalia del cambiamento dello stoccaggio dell’acqua e la concentrazione di CO2 sono negativamente correlate soprattutto nelle province settentrionale, occidentale, sudoccidentale (provincia del Khuzestan) e anche sudorientale (province di Kerman, Hormozgan, Sistan e Baluchestan) dell’Iran. I risultati del CCA rivelano che nella maggior parte delle regioni settentrionali, la diminuzione dello stoccaggio dell’acqua è significativamente influenzata dall’aumento della concentrazione di CO2. I risultati mostrano inoltre che le precipitazioni sugli altopiani e sulle vette non sembrano essere influenzate dalla variazione a lungo e breve termine della concentrazione di CO2. Inoltre, i nostri risultati mostrano che la concentrazione di CO2 è leggermente correlata con un debole trend positivo dell’evapotraspirazione sulle aree agricole. Pertanto, l’effetto indiretto della CO2 sull’aumento dell’evapotraspirazione è osservato spazialmente in tutto l’Iran. I risultati del modello di regressione tra la variazione totale dello stoccaggio dell’acqua e l’anidride carbonica (R2 = 0,91)/scarico d’acqua/consumo di acqua mostrano che l’anidride carbonica ha l’effetto maggiore sul cambiamento totale dello stoccaggio dell’acqua su larga scala. I risultati di questo studio contribuiranno sia alla gestione delle risorse idriche che ai piani di mitigazione per raggiungere l’obiettivo di riduzione delle emissioni di CO2.

La temperatura media della Terra (15 gradi Celsius) aumenta a partire dalla Rivoluzione Industriale. La NASA ha riportato un aumento medio della temperatura superficiale globale di 0,9 °C dal 1880 al 2015 (NASA'S Goddard Institute). L'anidride carbonica (CO2) è identificata come il gas serra più importante nell'atmosfera1 e la sua concentrazione nella troposfera è aumentata da circa 277 ppm nel 1750 a 408,12 ppm nel 20192,3). La riduzione delle emissioni di anidride carbonica (CO2) del 20% è uno dei cosiddetti obiettivi 20/20/20, previsti dall’Accordo di Parigi con l’obiettivo a lungo termine di mantenere l’aumento della temperatura media globale ben al di sotto dei 2°C superiori ai livelli preindustriali. I cicli dell’acqua e del carbonio sono riconosciuti come componenti della vita sulla Terra e svolgono un ruolo importante nel cambiamento climatico e nella sicurezza idrica/alimentare4. Lo scambio di CO2 tra diversi ecosistemi e l'atmosfera ha un ruolo significativo nell'effetto della temperatura terrestre e dei cambiamenti nelle caratteristiche climatiche sul ciclo idrologico5. Con l’aumento delle concentrazioni atmosferiche di CO2, il clima e il ciclo idrologico stanno cambiando e le loro conseguenze su temperatura, copertura nuvolosa, evapotraspirazione, formazione di deflusso e intensità e distribuzione delle precipitazioni si osservano negli ecosistemi naturali4,5.

Il clima del Medio Oriente è arido e caldo. La scarsità d’acqua è stata identificata come la sfida più grande, soprattutto dall’inizio della siccità nel 2007. Secondo le statistiche della Banca Mondiale del 2007, circa il 50% dei paesi del Medio Oriente consuma in media più acqua di quanta ne riceve sotto le precipitazioni, e L’85% del totale delle acque superficiali e sotterranee è stato consumato nel settore agricolo. Il fenomeno della desertificazione si sta verificando in Medio Oriente, soprattutto in Siria, Iran, Giordania e Iraq. Le risorse idriche dell’Iran sono sotto forte stress a causa della crescita demografica, dei cambiamenti nell’uso del territorio come l’urbanizzazione, dell’espansione agricola e delle relative conseguenze negli ultimi decenni6. L’effetto indiretto dell’aumento della popolazione (~ 83 milioni nel 2019) sulle risorse idriche è stato un aumento della domanda di terreni coltivati ​​e lo sviluppo di terreni irrigui, mentre il suo effetto diretto ha comportato una maggiore necessità di acqua dolce nelle aree urbane e rurali7. Sarraf et al.8 hanno affermato che lo stoccaggio totale dell’acqua in Iran è diminuito di oltre il 65% dal 1960, e si prevede una riduzione del 16% fino al 2025. Lo sfruttamento eccessivo delle risorse idriche (superficiali e sotterranee) e l’alto tasso di l'irrigazione in alcune province è la principale causa di difficoltà per la futura conservazione dei bacini idrici sotterranei nella maggior parte dell'Iran9, Mohammadi Ghaleni e Ebrahimi10). Vale la pena ricordare che circa il 50% del volume d’acqua destinato all’irrigazione proviene da fonti superficiali come laghi e fiumi e il restante 50% proviene dalle acque sotterranee7. Negli ultimi tre decenni, uno sfruttamento eccessivo delle risorse idriche sotterranee ha causato un abbassamento del livello dell’acqua nella maggior parte dei bacini iraniani9. Inoltre, alcune attività, quali quelle industriali e agricole, hanno causato un grave peggioramento della qualità delle acque sotterranee nella maggior parte dell’Iran11. Nel frattempo, i fenomeni di evaporazione potrebbero aumentare la salinità del suolo dei terreni coltivati ​​e delle acque superficiali, tipicamente nei fiumi e nei laghi naturali.