フロリダ帯水層

フロリダ帯水層システムは、上部フロリダ帯水層と下部フロリダ帯水層から構成され、 米国南東部の約10万平方マイル（26万km ² ）の面積に広がる古第三紀の 炭酸塩岩の層である。フロリダ州全体とアラバマ州、ジョージア州、ミシシッピ州、サウスカロライナ州の一部を覆っている。^[1]

フロリダ帯水層システムは世界で最も生産性の高い帯水層の一つであり^[2]、約1,000万人に飲料水を供給しています。^[3]米国地質調査所によると、2000年のフロリダ帯水層システムからの総取水量は、1日あたり36億4,000万ガロン（Mgal/日）（1,380万m ³ /日、11,200エーカーフィート/日）で、国内の主要帯水層の中で5番目に多い量でした。^[4]全体のうち、49% (1,949 Mgal/日、738万m ³ /日、5,980エーカーフィート/日) は灌漑に使用され、33% (1,329 Mgal/日、503万m ^{3 /日、4,080エーカーフィート/日) は公共}給水に使用され、14% (576 Mgal/日、218万m ³ /日、1,770エーカーフィート/日) は工業用に使用され、4%は家庭からの自給取水でした。フロリダ帯水層システムは、ブランズウィック、サバンナ、バルドスタを含む中央および北部フロリダ、および東部および南部ジョージアのほとんどの都市の主要な飲料水源です。^[3]

1936年、地質学者ビクター・ティモシー（VT）・ストリングフィールドは、フロリダ半島にフロリダ帯水層が存在することを初めて確認し、炭酸塩岩ユニットを「主要被圧帯水層」と呼んだ。^[5] 1944年、ジョージア地質調査所のMA・ウォーレンは、ジョージア州南部におけるこのシステムの拡張について説明し、関連する炭酸塩岩ユニットに「主要被圧帯水層」という用語を適用した。 ^[6] 1953年と1966年にも、ストリングフィールドはこれらの岩石に「主要被圧帯水層」という用語を適用した。^{[7] [8]} 1955年、ギャラルド・G・パーカーは、フロリダ南東部の第三紀炭酸塩岩層の水文学的および岩相的類似性に注目し、それらが単一の水文学的ユニットを表していると結論付け、そのユニットを「フロリダ帯水層」と名付けた。^[9]追加情報収集により、より多くの透水伝導率の高いゾーンと低いゾーンが特定されている。その結果、フロリダ帯水層という名前は、上部フロリダ帯水層と下部フロリダ帯水層を含む「フロリダ帯水層システム」へと進化しました。^[10]

フロリダ帯水層システムからの取水は、1887年にジョージア州サバンナ市がサバンナ川からの表層水の取水に地下水を補充し始めたときに始まった。当時、システムの自噴水 頭は地表から40フィート (12 m) 上にあり、ポンプは不要だった。1898年までには、サウスジョージアで200から300の井戸が完成し、1943年までにはジョージア州の沿岸6郡で約3,500の井戸が完成したと推定された。1910年から1912年頃までには、フロリダ帯水層システムの開発は、フロリダ州東海岸のフェルナンディナ、ジャクソンビルおよび南部、ならびに西海岸のタンパからフォートマイヤーズ南部で既に行われていた。時間の経過とともに、需要の増加に伴い、井戸の数が増加し、完成した深さも増加した。 1930 年代後半以降、パルプおよび製紙工場への工業用水供給が取水量の大部分を占めるようになった。1950 年代には、フロリダ州オーランドのすべての市営、家庭用、工業用水 (冷房を除く) と農業用水供給の約半分が、フロリダ帯水層システムからの地下水に転換された。フロリダ帯水層システムからの地下水取水量は、1950 年の 630 Mgal/日 (240 万 m ³ /日、1,900 エーカー・フィート/日) から 1990 年の 3,430 Mgal/日 (1,300 万 m ³ /日、10,500 エーカー・フィート/日) へと着実に増加した。1990 年代に制定された許可および規制により、取水量の年々の増加が抑制された。しかし、1999年から2001年にかけて米国南東部の大部分を襲った極度の干ばつのため、2000年の取水量は4,020 Mgal/日（1520万m ³ /日、12,300エーカーフィート/日）に増加した。増加の大部分は農業需要の増加によるものである。^{[1] [3] [11]}

フロリダ帯水層システムは、米国南東部の約10万平方マイル（26万km2）の面積に広がっており、フロリダ州全体とアラバマ州南部、ジョージア州南東部、サウスカロライナ州南部の一部を覆っています。^[ 1 ^]上部フロリダ帯水層は、その大部分で淡水ですが、オキーチョビー湖の南側は汽水と塩水です。^[2]

フロリダ帯水層システムは、石灰岩とその風化した副産物が地表に存在するジョージア州中部と南部で出現しています。帯水層システムは一般に南に向かって地表より下がっており、そこでは表層の砂の堆積物と粘土の下に埋もれています。右の画像で茶色で示されている地域では、フロリダ帯水層システムが出現し、再び地表に露出しています。これらの地域は、カルスト化した石灰岩帯水層が地表に近いため、特に陥没穴が発生しやすい傾向があります。^{[12] [13] [14] [15]}帯水層内の亀裂/導管のいくつかは、スキューバダイバーが泳いで通り抜けられるほどの大きさです。^{[16] [17]}

フロリダ帯水層システムを形成する炭酸塩岩は、後期暁新世から前期漸新世のものであり、中新世の低透水性粘土（上部封じ込め層）と鮮新世および完新世の表層砂（表層帯水層システム）に覆われている。フロリダ中西部、北部フロリダ、およびシステムの上流縁部では、石灰岩が露出しており、帯水層システムは非封じ込めとなっている。上部封じ込め層の低透水性粘土が存在し、かつそれが大量にある場所では、システムは封じ込められ、地下水は圧力下で封じ込められている。上部封じ込め層は、ジョージア州沿岸部および南フロリダで特に厚く、これらの地域では上部封じ込め層を通る水の下方への漏出は最小限であり、フロリダ帯水層システムは厚く封じ込められている。暁新世の低透水性石灰岩（例：シーダーキー層）がフロリダ帯水層システムの基盤を形成している。フロリダ帯水層の厚さは、岩石が狭まっている上流域では100フィート（30メートル）未満から、フロリダ南西部では3,700フィート（1,100メートル）以上に及ぶ。^[10]フロリダ帯水層システムの涵養、流量、自然流出は、主に上部の封じ込めユニットによる封じ込めの程度、封じ込められていない地域での帯水層と河川の相互作用、海岸沿いの淡水と塩水の相互作用によって制御される。^{[10] [19]}

フロリダの帯水層システムが地表またはその近くにある場合（上の画像で茶色で塗りつぶされた部分）、粘土は薄いか存在せず、石灰岩の溶解が激しく、多くの泉と陥没穴が見られます。これらのようなカルスト化された地域では、岩石内に大きくてよくつながった導管が発達しているため、帯水層の透過率は非常に高くなります（右の画像を参照）。水圧が高く、地下水が地表に流れ出る場所に泉が形成されます。フロリダ州では700を超える泉が地図に示されています。[ ^20]ワクラ郡のワクラ泉は、帯水層からの主要な流出源の1つで、1日あたり2億～3億米ガロン（76万～114万立方メートル、610～920エーカーフィート）の水が流れ出ています。 1973 年 4 月 11 日には、この泉からの最高流量の記録が記録され、毎秒 14,324 米ガロン (54.22 m ³ ) に達しました。これは、1 日あたり 12 億 4,000 万米ガロン (468 万 m ³、3,800 エーカー フィート) に相当します。

フロリダ帯水層システムは、上部フロリダ帯水層と下部フロリダ帯水層の 2 つの主な帯水層で構成されています。これらの帯水層は、パンハンドルの低透水性粘土 (ブカトゥナ粘土)、フロリダ中西部の低透水性ドロマイトおよび石膏含有無水石膏から、フロリダ東海岸沿いやその他の地域の透水性石灰岩まで、さまざまな堆積物によって区切られています。これらの介在堆積物と岩石が透水性である場合、上部フロリダ帯水層と下部フロリダ帯水層は単一のユニットとして機能します。逆に、介在堆積物の透水性が低い場合、上部フロリダ帯水層と下部フロリダ帯水層の間の水力学的接続は弱くなります。

フロリダ上部帯水層は、高収量と地表に近いことから、フロリダ帯水層システムから汲み上げられる水の主な供給源となっている。フロリダ上部の地下水はほとんどの地域で淡水であるが、特に塩水侵入の問題がある沿岸地域や南フロリダでは、局地的に汽水または塩水となることがある。フロリダ上部帯水層には、フロリダ帯水層システムの最上部または最浅部の透水性帯が含まれる。調査地域の北半分では、この帯水層は単一の水文地質学的単位として機能し、区別されていない。調査地域の南半分（フロリダ中央部と南部のほとんどを含む）では、フロリダ上部帯水層は厚く、最上部の透水性帯、オカラ下部透水性帯、エイボンパーク透水性帯の 3 つの異なる帯に区別できる。^[10]

上部フロリダ帯水層の基底は、フロリダ帯水層システムの中央部にある 2 つの複合ユニット (下記参照) と 1 つの封じ込めユニット (リスボン-エイボン パーク複合ユニットまたは中部エイボン パーク複合ユニット、およびブカトゥナ粘土封じ込めユニット) によって特徴づけられます。上流域では、上部フロリダ帯水層の基底は、クレイボーン、リスボン、またはゴードン帯水層の上にある封じ込めユニットの上部と一致するか、または主に炭酸塩のユニットと主に砕屑物のユニットの境界を示す粘土層、または以前にマップされたミラー (1986) の番号付き MCU の上にあります。ジョージア州中南部のバルドスタ付近の中間封じ込めユニット MCUIII (Miller、1986 年) やフロリダ州南西部の MCUII (Miller、1986 年) などの 1 つ以上の蒸発岩ユニットが存在する場合、上部フロリダ帯水層の底は蒸発岩ユニットの上部と一致します。明確な下部透水性ユニットの存在が知られていない地域では、上部フロリダ帯水層の底は、透水性岩石を帯水層システムの上部または下部に地層的にグループ化できる層位に沿って外挿されます。アラバマ州南東部、フロリダ州北部、ジョージア州、サウスカロライナ州では、地層ユニットはリスボン-エイボン パーク複合ユニットにグループ化されています。フロリダ半島では、この層位は中部エイボン パーク複合ユニットの 1 つ以上の蒸発岩を含む、または含まないユニットと一致しています。フロリダ州のパンハンドル地域とアラバマ州南西部では、その基盤はブカトゥナ粘土層の上部と一致している。^[10]

フロリダ帯水層システムの水文地質学的枠組みは、2015年に米国地質調査所によって改訂されました。^[10]システムの範囲は、南東海岸平野帯水層システム、フロリダ帯水層システム、またはその両方に以前含まれていた、下部フロリダ帯水層に横方向に傾斜する上流の砕屑 相の一部を含むように改訂されました。上部フロリダ帯水層と下部フロリダ帯水層を分割する新しい方法が提案され、以前はミラー（1986）によって8つの「中間閉じ込めユニット」の1つに分類されていた、地域的に広範囲にわたる岩石層序ユニットを指す新しい用語「複合ユニット」が導入されました。これらのユニットは、その範囲全体で閉じ込めも浸透もできないことが判明しています。^[10]改訂された枠組みでは、上部フロリダ帯水層と下部フロリダ帯水層を一貫して区分するために、ブカトゥナ粘土層、中部エイボンパーク複合層、リスボンエイボンパーク複合層という3つの地域的に地図化可能な岩相層単位が使用されています。上部フロリダ帯水層と下部フロリダ帯水層は、これらの複合層が漏水している地域では、単一の水文地質学的単位として機能します。^[10]

下部フロリダ帯水層は一般に上部フロリダ帯水層よりも浸透性が低く、生成される水は高度にミネラル化および/または塩分を含む可能性がある。しかし、下部フロリダ帯水層は、中央フロリダのシステムの基部、およびジョージア州中央部と南部、アラバマ州の上流部では比較的淡水である。 ^{[10] [21]} 新たな基底透水帯がフロリダ半島全体とジョージア州南東部にわずかに広がって位置しており、これには以前に確認されたボルダー帯とフェルナンディナ透水帯が組み込まれている。このより広範な単位はオールドスマー透水帯と呼ばれている。オールドスマー透水帯は、ボルダーおよびフェルナンディナ透水帯の洞窟状領域よりもはるかに高い浸透性を持つようで、中央半島領域に淡水を含んでいる。この新たに定義された、淡水を含む広大な基底単位は、帯水層システムの最も深い部分を通って排出領域に向かう淡水の動きに影響を与える可能性がある。オールドスマー透水性帯は、下部フロリダ帯水層の一部であり、上部フロリダ帯水層の下に閉じ込められ（隔離され）、重要な代替水源となる可能性があり、これまで知られていなかった地域での地下水の沖合移動に重要である可能性があるため、興味深いものです。^[10]

フロリダ帯水層システムを構成する炭酸塩岩は、多孔度や透水性など、水理特性が大きく異なります。帯水層システム内の透水率は、8 ft ² /d (0.74 m ^{2 /d) 未満から 9,000,000 ft 2} /d (840,000 m ² /d)以上まで6 桁以上の範囲で報告されており、その値の大部分は 10,000 ～ 100,000 ft ² /d (930～9,290 m ² /d) の範囲です。^[22]帯水層が非拘束または薄く拘束されている場合、浸透した水が岩石を溶解し、透水率は比較的高くなる傾向があります。帯水層が厚く拘束されている場合、溶解が少なくなり、透水率は低くなる傾向があります。帯水層全体の透過率の変化を示す最初の地域地図で、ミラー (1986) は、帯水層システムが非閉じ込めまたは薄く閉じ込められている場所では、透過率の値が 250,000 ft ² /d (23,000 m ² /d) を超えることを示した。帯水層が厚く閉じ込められている地域では、透過率が低いのは主にテクスチャの変化に関係し、次に岩の厚さに関係しているとミラー (1986) は指摘した。南フロリダと上流の露頭地域のミクリティック石灰岩は、システムの他の場所よりも透過率がはるかに低いことが確認された。^{[10] [18]}

陥没穴は、地表下の岩石が石灰岩、炭酸塩岩、塩層、または循環する地下水によって自然に溶解する岩石である場合によく発生します。岩石が溶解すると、地下に空間や洞窟が形成されます。空間の上にある土地の支持が不十分な場合、突然の地表の崩壊が発生する可能性があります。これらの崩壊は小さな場合もあれば、家や道路が上にある場所で発生することもあります。^[26]

シンクホールは、溶解、覆土沈下、覆土崩壊という形成過程に基づいて分類できる。フロリダ州中西部で冬作物の霜よけのために汲み上げる地下水など、短期間での地下水の集中的な汲み上げによって、シンクホールの形成が加速されることがある。^{[23] [27] [28] 1994年[29]}と2016年^[30]に石膏の山の下に発生したシンクホールにより、リン酸岩から肥料を製造する際に副産物として生じたリン酸石膏とリン酸を含む数百万ガロンの鉱化水が失われた。これらのシンクホールは、石膏の山の下にある石灰岩に以前から存在していた溶解空洞が崩壊して形成されたものと考えられる。^[23]フロリダ州タラハシー近郊のレイク ジャクソンでは、帯水層の水位が下がると、時折湖底のシンクホールに水が流れ込む。^{[31] [32]}フロリダ州バートウ近郊のピース川沿いにあるドーバー陥没穴では、 2006年6月にピース川から約10メガガル/日（38,000 m3 /日）の水を^排出する様子が目撃された。 ^[33]

フロリダ帯水層システム全体では824の湧水が記録されており、そのうち751はフロリダ州、17はアラバマ州、56はジョージア州にあります。湧水は入手可能なすべての湧水量測定値の中央値に従って分類されています。^[1]

フロリダにはマグニチュード 1 の震源が 33 か所あり、その中でも特に有名なものは次のとおりです。

• スプリングクリーク（ワクラ郡）
• スリーシスターズスプリングス（シトラス郡）
• シルバースプリングス（マリオン郡）
• レインボースプリングス（マリオン郡）
• ワクラ スプリング(ワクラ郡)
• ワシッサ スプリング グループ (ジェファーソン郡)
• イチェタックニースプリングス（コロンビア郡）
• ウィーキー・ワチー・スプリングス（ヘルナンド郡）
• ジュニパー スプリングス(マリオン郡)

ジョージア州にはマグニチュード1の泉がラジウム・スプリング1つだけあり、干ばつ時には水が流れなくなる。他にマグニチュード2の泉が6つ、マグニチュード3の泉が5つある。アラバマ州の17の泉のうち最大のものはマグニチュード3の泉が3つである。サウスカロライナ州にはマグニチュード3以上の泉はない。^[1]

メキシコ湾と大西洋の沖合には多くの泉があることが知られていますが、これらの泉からの湧出量はほとんどわかっていません。フロリダ州クレセントビーチの沖合約2.5マイル（4.0 km）に位置するクレセントビーチ泉は、最大1,500立方フィート/秒（42 m ³ /秒）、または9億7000万米ガロン/日（370万m ³ /日、3,000エーカーフィート/日）の流量で流れていると推定されています。^[34]

• ビスケーン帯水層
• キッシンゲンスプリングス
• ウッドビルカルスト平原
• メキシコ湾トラフ
• 水文地質学
• 洞窟ダイビング
• フロリダの水戦争
• 若返りの泉

• USGS フロリダ帯水層システム地域地下水利用可能性調査
• USGS 帯水層の基礎
• フロリダ州の第一級湧水一覧
• 米国地質調査所 2011年9月27日アーカイブ、Wayback Machine