Naukowcy opracowują nową metodę pomiaru wilgotności gleby dzięki światłowodów

Zespół badawczy z Kalifornijskiego Instytutu Technologii, kierowany przez Xiaojing Fu i Zhongwen Zhan, dokonał przełomu w monitorowaniu wilgotności gleby, opracowując nowatorską metodę, która może zrewolucjonizować rolnictwo oraz zarządzanie zasobami wodnymi. Dzięki wykorzystaniu światłowodów, które już są obecne w ziemi, naukowcy byli w stanie precyzyjnie mierzyć poziom wilgotności gleby, bez konieczności pobierania fizycznych próbek.

Technologia adaptowana z przemysłu naftowego

Opracowana technika wywodzi się z metod używanych w przemyśle naftowym do wykrywania zasobów mineralnych. Standardowo, do tych celów stosuje się sztuczne wibracje, które przenikają głąb ziemi, odbijając się od różnorodnych struktur geologicznych. Dzięki analizie tych odbić możliwe jest wykrycie uskoków i innych nieciągłości w strukturze ziemi, które mogą wskazywać na obecność zasobów, takich jak ropa naftowa.

Fu i Zhan postanowili jednak zastosować tę metodę w nieco inny sposób, rezygnując z używania sztucznych wibracji na rzecz naturalnych drgań generowanych przez ruch drogowy. Światłowody, które pierwotnie służą do przesyłania danych, zaczęły pełnić funkcję czujników, rejestrujących subtelne zmiany w przewodności światła, wywołane przez te naturalne wibracje. Różnice w rozchodzeniu się wibracji, wynikające z zawartości wody w glebie, pozwalają na precyzyjne oszacowanie wilgotności.

Długoterminowe badania i rezultaty

Zhan miał już wcześniej doświadczenie z tą technologią, gdy w 2019 roku, po trzęsieniu ziemi o magnitudzie 7,2 w Ridgecrest w Kalifornii, zainstalował stację pomiarową wykorzystującą pobliski kabel światłowodowy do rejestrowania wstrząsów wtórnych. Współpracując z Fu, odkrył, iż system może być również używany do monitorowania codziennych zmian wilgotności gleby.

Badania trwały pięć lat, podczas których zespół zbierał dane i tworzył modele opisujące zmiany wilgotności w regionie Ridgecrest. Wyniki badań są niezwykle cenne, szczególnie w kontekście historycznej suszy, która dotknęła Kalifornię w latach 2019-2022. W tym okresie wilgotność gleby w obserwowanym obszarze spadła w tempie 0,25 metra rocznie, co jest wyraźnym dowodem na zmiany klimatyczne i ich wpływ na lokalne ekosystemy.

Potencjał na przyszłość

Opracowana technologia ma ogromny potencjał do zastosowania na szerszą skalę. Dzięki możliwości pomiaru wilgotności gleby w czasie rzeczywistym, możliwe jest lepsze zarządzanie zasobami wodnymi, co jest najważniejsze w regionach dotkniętych suszą, takich jak pustynia Mojave. Jak podkreśla Yan Yang, doktorant geofizyki zaangażowany w projekt, zdolność do monitorowania wilgotności na głębokości do 20 metrów daje nowe możliwości w zakresie ochrony zasobów wodnych i efektywnego ich wykorzystania.

Technologia ta może w przyszłości stać się istotnym narzędziem w rolnictwie, pozwalając na precyzyjne dostosowanie nawadniania do potrzeb roślin, co przyczyni się do większej efektywności i oszczędności wody. Odkrycie to jest kolejnym dowodem na to, jak nowoczesna technologia może wspierać zrównoważony rozwój i walkę z globalnymi wyzwaniami środowiskowymi.