Подводный сброс подземных вод - Submarine groundwater discharge

Подводный сброс подземных вод (SGD) - это гидрологический процесс, который обычно происходит в прибрежных районах. Он описывается как подводный приток пресных и солоноватых вод. грунтовые воды с суши в море. Подводный сброс подземных вод контролируется несколькими механизмами воздействия, которые вызывают гидравлический градиент между сушей и морем.[1] Учитывая различные региональные условия, сброс происходит либо в виде (1) сфокусированного потока вдоль трещин в карстовых и каменистых областях, (2) рассеянного потока в мягких отложениях, либо (3) рециркуляции морской воды в морских отложениях. Подводный сброс подземных вод играет важную роль в прибрежных биогеохимических процессах и гидрологических циклах, таких как формирование прибрежного цветения планктона, гидрологические циклы и выброс питательных веществ, микроэлементов и газов.[2][3][4][5] Он влияет на прибрежные экосистемы и на протяжении тысячелетий использовался местными сообществами в качестве ресурса пресной воды.[6]

Механизмы принуждения

В прибрежных районах потоки подземных и морских вод определяются множеством факторов. Оба типа воды могут циркулировать в морских отложениях из-за приливной откачки, волн, донных течений или процессов переноса, обусловленных плотностью. Метеорные пресные воды могут сбрасываться в море по замкнутым и неограниченным водоносным горизонтам, или может иметь место противодействующий процесс проникновения морской воды в заряженные подземными водами водоносные горизонты.[1] Поток пресной и морской воды в первую очередь контролируется гидравлическими градиентами между сушей и морем, а также различиями в плотностях обеих вод и проницаемостью отложений.

Согласно Драббе и Бадон-Гиджбену (1888 г.)[7] и Герцберг (1901)[8] толщина линзы пресной воды ниже уровня моря (z) соответствует толщине уровня пресной воды над уровнем моря (h) как:

z = ρf / ((ρs-ρf)) * h

При z - это толщина между границей раздела соленая вода - пресная вода и уровнем моря, h - это толщина между верхней частью линзы пресной воды и уровнем моря, ρf - плотность пресной воды, а ρs - плотность соленой воды. С учетом плотности пресной воды (ρf = 1,00 г • см-3) и морской воды (ρs = 1,025 г • см-3) уравнение (2) упрощается до:

г = 40 * ч

Вместе с Закон Дарси, длину соляного клина от береговой линии до внутренних районов можно рассчитать:

L = ((ρs-ρf) Kf м) / (ρf Q)

Kf - это гидравлическая проводимость, m - толщина водоносного горизонта, а Q - скорость разгрузки.[9] Предполагая, что система водоносного горизонта изотропна, длина солянка зависит исключительно от гидравлической проводимости, толщины водоносного горизонта и обратно пропорциональна скорости разгрузки. Эти предположения действительны только в гидростатических условиях в системе водоносного горизонта. Обычно граница раздела пресной и соленой воды образует зону перехода из-за диффузии / диспергирования или локальной анизотропии.[10]

Методы

Первое исследование подводного разряда подземных вод было сделано Сонрелом (1868), который размышлял о риске подводных источников для моряков. Однако до середины 1990-х годов SGD оставалась довольно непризнанной научным сообществом, потому что было трудно обнаружить и измерить сток пресной воды. Первый разработанный метод изучения SGD был разработан Муром (1996), который использовал радий-226 как индикатор для грунтовых вод. С тех пор было разработано несколько методов и инструментов, чтобы попытаться обнаружить и количественно оценить скорость сброса.

Радий-226

Первое исследование, которое выявило и количественно оценило расход подводных подземных вод на региональной основе, было проведено Муром (1996) в Южная Атлантическая бухта выключенный Южная Каролина. Он измерил повышенную концентрацию радия-226 в толще воды у берега и на расстоянии примерно 100 километров (62 миль) от береговой линии. Радий-226 - продукт распада торий-230, который производится в отложениях и поступает из рек. Однако эти источники не могли объяснить высокие концентрации, присутствующие в районе исследования. Мур (1996) выдвинул гипотезу, что подводные грунтовые воды, обогащенные радием-226, были ответственны за высокие концентрации. Эта гипотеза неоднократно проверялась на сайтах по всему миру и подтверждалась на каждом сайте.[11]

Измеритель просачивания

Ли (1977)[12] разработал измеритель фильтрации, который состоит из камеры, соединенной с отверстием для отбора проб, и пластикового мешка. Камера вставляется в отстой, и вода, выходящая через отложения, улавливается пластиковым пакетом. Изменение объема воды, попавшей в пластиковый пакет с течением времени, представляет собой поток пресной воды.

Профили поровой воды

Согласно Schlüter et al. (2004)[13] профили хлоридных поровых вод могут быть использованы для исследования разгрузки подводных подземных вод. Хлорид можно использовать в качестве консервативного индикатора, поскольку он обогащен морской водой и обеднен грунтовыми водами. Три различных формы профиля хлоридных поровых вод отражают три различных способа переноса в морских отложениях. Профиль хлоридов, показывающий постоянные концентрации с глубиной, указывает на отсутствие подводных грунтовых вод. Профиль хлоридов с линейным спадом указывает на диффузное перемешивание грунтовых вод и морской воды, а профиль хлоридов вогнутой формы представляет собой адвективную примесь подводных грунтовых вод снизу.

Смотрите также

  • Шаткая дыра, точки выхода пресноводных подводных лодок для кораллов и покрытых отложениями, заполненных осадками старых речных каналов

Рекомендации

  1. ^ а б Уильям Бернетт, Бокуневич, Генри, Хюттель, Маркус, Мур, Уиллард С., Танигучи, Макото. «Вход подземных и поровых вод в прибрежную зону», Биогеохимия, Том 66, 2003 г., стр. 3–33.
  2. ^ Клодетт Спитери, Кэролайн П. Сломп, Мэтью А. Шаретт, Каган Тунджей, Кристоф Мейле. «Поток и динамика питательных веществ в подземном устье (залив Уокоит, Массачусетс, США): полевые данные и моделирование реактивного переноса», Geochimica et Cosmochimica Acta, Volume 72, Issue 14, 15 июля 2008 г., страницы 3398–3412.
  3. ^ Кэролайн П. Сломп, Филипп Ван Каппеллен. «Попадание питательных веществ в прибрежные районы океана через подводный сброс грунтовых вод: меры контроля и потенциальное воздействие», Журнал гидрологии, Том 295, выпуски 1–4, 10 августа 2004 г., страницы 64–86.
  4. ^ Мур, Уиллард С. (1996). «Большие поступления подземных вод в прибрежные воды, выявленные обогащением 226Ra». Природа. 380: 612–614. Дои:10.1038 / 380612a0.
  5. ^ Мэтью А. Шаретт, Эдвард Р. Шолковиц. «Круговорот микроэлементов в подземном эстуарии: Часть 2. Геохимия поровой воды», Geochimica et Cosmochimica Acta, Volume 70, Issue 4, 15 февраля 2006 г., страницы 811–826.
  6. ^ Moosdorf, N .; Элер, Т. (2017-08-01). «Общественное использование сброса пресных подводных подземных вод: недооцененный водный ресурс». Обзоры наук о Земле. 171: 338–348. Дои:10.1016 / j.earscirev.2017.06.006. ISSN  0012-8252.
  7. ^ Drabbe, J., Badon-Ghijben W., 1888. Nota in verband met de voorgenomen putboring nabij Amsterdam (Заметки о возможных результатах предполагаемого бурения скважины недалеко от Амстердама). Tijdschrift van het Koninklinjk Instituut van Ingenieurs. Гаага 1888/9: 8–22
  8. ^ Herzberg, B. 1901. Die Wasserversorgung einiger Nordseebader. Gasbeleuchtung und Wasserversorgung 44: 815–819, 842–844
  9. ^ Доменико, Э. П. и Шварц, Ф. В .; 1998. Физико-химическая гидрогеология. 2-е изд. Нью-Йорк. John Wiley & Sons Inc .: 506
  10. ^ Stuyfzand, P.J .; 1993. Гидрохимия и гидрология прибрежных дюн в Западных Нидерландах. Кандидатская диссертация, Vrije Universiteit Amsterdam: 367.
  11. ^ Мур, Уиллард (2010). «Влияние подводного разряда подземных вод на океан». Ежегодный обзор морской науки. 2: 345–374. Дои:10.1146 / annurev-marine-120308-081019. PMID  21141658.
  12. ^ Дэвид Роберт Ли. «Прибор для измерения фильтрационного потока в эстуариях и озерах», Лимнология и океанография, Том 22, 1977, с. 140–147.
  13. ^ Schlüter, M .; Sauter, E.J .; Andersen, C.E .; Dahlgaard, H .; Дандо, П.Р. (2004). «Пространственное распределение и бюджет подводного разряда подземных вод в заливе Эккернфорде (западная часть Балтийского моря)». Лимнология и океанография. 49: 157–167. Дои:10.4319 / lo.2004.49.1.0157.