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海底地下水流出（SGD）は、沿岸地域で一般的に発生する水文学的プロセスです。これは、陸地から海への淡水および汽水地下水の海底流入として説明されます。海底地下水流出は、陸と海の間に水力勾配を引き起こすいくつかの強制メカニズムによって制御されます。 [1]さまざまな地域設定を考慮すると、流出は（1）カルストおよび岩石地域の亀裂に沿った集中的な流れ、（2）軟らかい堆積物内の分散した流れ、または（3）海洋堆積物内での海水の再循環のいずれかとして発生します。海底地下水流出は、沖合プランクトンブルームの形成、水循環、栄養素、微量元素、ガスの放出など、沿岸の生物地球化学的プロセスと水文学的循環において重要な役割を果たしています。[2] [3] [4] [5]それは沿岸の生態系に影響を及ぼし、何千年もの間、いくつかの地域社会によって淡水資源として使用されてきました。[6]
強制メカニズム
沿岸地域では、地下水と海水の流れはさまざまな要因によって左右されます。どちらのタイプの水も、潮汐の揚水、波、底流、密度駆動輸送プロセスにより、海洋堆積物内を循環します。天水淡水は、閉じ込められた帯水層や閉じ込められていない帯水層に沿って海に流れ出たり、海水が地下水で満たされた帯水層に侵入する反対のプロセスが発生したりします。[1]淡水と海水の両方の流れは、主に陸と海の間の水力勾配、両方の水の密度の差、堆積物の浸透性によって制御されます。
DrabbeとBadon-Ghijben（1888）[7]とHerzberg（1901）[8]によると、海面下の淡水レンズの厚さ（z）は、海面上の淡水面の厚さ（h）と次のように対応しています。
z=ρf/((ρs-ρf))*h
ここで、zは塩水と淡水の境界面と海面との間の厚さ、hは淡水レンズの上部と海面との間の厚さ、ρfは淡水の密度、ρsは塩水の密度である。淡水の密度（ρf = 1.00 g •cm-3）と海水の密度（ρs = 1.025 g •cm-3）を含めると、式（2）は次のように簡略化される。
縦=40*高さ
ダーシーの法則と合わせて、海岸線から内陸部までの塩のくさびの長さを計算できます。
L= ((ρs-ρf)Kf m)/(ρf Q)
ここで、Kfは透水係数、mは帯水層の厚さ、Qは流出率である。[9]等方性帯水層システムを想定すると、塩くさびの長さは透水係数と帯水層の厚さのみに依存し、流出率とは反比例する。これらの仮定は、帯水層システムの静水圧条件下でのみ有効である。一般に、淡水と塩水の界面は、拡散/分散または局所的な異方性により遷移領域を形成する。[10]
方法
海底地下水流出に関する最初の研究は、船員にとって海底湧水が危険であると推測した Sonrel (1868) によって行われました。しかし、淡水流出を検出および測定することが困難であったため、1990 年代半ばまで、SGD は科学界ではあまり認識されていませんでした。SGD を研究するための最初の詳細な方法は、地下水のトレーサーとしてラジウム 226 を使用した Moore (1996) によって行われました。それ以来、流出率を検出および定量化するためのいくつかの方法と機器が開発されてきました。
ラジウム226
海底地下水の流出を地域的に検出し定量化した最初の研究は、サウスカロライナ沖の南大西洋湾でムーア（1996）によって行われた。彼は海岸近くの水柱内および海岸線から約100キロメートル（62マイル）までのラジウム226の濃度増加を測定した。ラジウム226はトリウム230の崩壊生成物であり、堆積物内で生成され、河川によって供給される。しかし、これらの発生源では研究地域に存在する高濃度を説明できなかった。ムーア（1996）は、ラジウム226に富む海底地下水が高濃度の原因であると仮説を立てた。この仮説は世界中の場所で何度もテストされ、各場所で確認されている。[11]
浸透計
Lee (1977) [12]は、サンプリングポートに接続されたチャンバーとプラスチックバッグで構成される浸透計を設計しました。チャンバーを堆積物に挿入し、堆積物を通して排出される水をプラスチックバッグに捕らえます。時間の経過とともにプラスチックバッグに捕らえられた水の体積の変化が淡水フラックスを表します。
間隙水プロファイル
Schlüter ら (2004) [13]によると、塩化物間隙水プロファイルは海底地下水流出の調査に使用できる。塩化物は海水中に豊富で、地下水中にはほとんど存在しないため、保守的なトレーサーとして使用できる。塩化物間隙水プロファイルの 3 つの異なる形状は、海洋堆積物内の 3 つの異なる輸送モードを反映している。深さに対して一定の濃度を示す塩化物プロファイルは、海底地下水が存在しないことを示す。直線的に減少する塩化物プロファイルは、地下水と海水の間の拡散混合を示し、凹面形状の塩化物プロファイルは、下からの海底地下水の移流混合を表す。水分子の安定同位体比も、海底地下水流出源を追跡および定量化するために使用できる。[14]
参照
- 不規則な穴、サンゴと堆積物で覆われた堆積物で満たされた古い川の水路の淡水海底出口点
参考文献
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- ^ ab William C.Burnett、Bokuniewicz、Henry、Huettel、Markus、Moore、Willard S.、Taniguchi、Makoto。「沿岸域への地下水と間隙水の流入」、Biogeochemistry、第66巻、2003年、3～33ページ。
- ^ クローデット・スピテリ、キャロライン・P・スロンプ、マシュー・A・シャレット、ケーガン・タンケイ、クリストフ・メイル。 「地下河口における流れと栄養素のダイナミクス (米国マサチューセッツ州ワコイト湾): フィールドデータと反応性輸送モデリング」、Geochimica et Cosmochimica Acta、第 72 巻、第 14 号、2008 年 7 月 15 日、ページ 3398 ～ 3412。
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