도시 스프링의 운명 :수중 동굴에서 펌핑 유발 해수 침입 

인간 인구는 해안에 집중되어 있으며, 종종 음주, 농업 및 산업의 주요 물 공급원으로서 대수층에 의존합니다. 해안 대수층에서, 유용한 신선한 지하수는 바다에서 지하에 밀착 된 밀도의 바닷물 침투 쐐기 위에 떠 있습니다. 해안 대수층에서 신선한 지하수에 의해 생성 된 압력

우물과 스프링의 오버 펌핑을 통해 지속 불가능한 대수층 사용은 새로운 지하수량을 줄이고 해수의 침입을 허용합니다. 해수는 이러한 큰 지하수 흐름 경로를 따라 내륙에 빠르게 침투 할 수 있기 때문에 기반암 골절과 수중 동굴이 존재하는 대수층에서 특히 문제가됩니다.

수중 동굴은 종종 육지 표면에서 지하수를 배출하여 샘을 생산합니다. 이러한 동굴에 대한 해수 침입은 관련 봄 물을 빠르게 방해 할 수 없게 만들 수 있습니다. 수중 동굴은 또한 특별히 적응 된 미생물 식민지, 갑각류 및 물고기의 집입니다. 동굴 물에서 소금 함량을 늘리면 이러한 독특한 생태계는 원주민 인구에 대해 살 수 없게 만들 수 있습니다.

우리는 미국 플로리다 주 메트로폴리탄 탬파 아래에서 개발 된 수중 동굴/스프링 시스템 인 Sulfur Springs를 연구했습니다. 지난 세기 동안 봄은 점점 짠맛이 났으며, 우리의 목표는 그 이유를 알아내는 것이 었습니다. 그렇게함으로써, 우리는이 동굴에서 해수 침입의 잠재적 인 생태계 영향을 확인했습니다.

우리의 첫 번째 단계는이 사이트와 관련된 역사적 정보를 통합하는 것이 었습니다. Sulfur Springs가 생산 한 대형 수영장은 봄 물이 여전히 신선한 20 세기 초반에 수십 년 동안 관광지였습니다. 1960 년대에 도시는 가뭄 동안 현지 Hillsborough River Reservoir를 보충하기 위해 황 샘물을 펌핑하기 시작했습니다.

2002 년에 펌핑 시스템은 추출 된 황 스프링 물이 저수지 댐 아래의 Hillsborough 강으로 직접 전환되도록 수정되었습니다. 이 수정으로 도시는 황 스프링 워터를 사용하여 Hillsborough River Freshwater Flow를 모방하여 하천 수로를 따라 내륙으로 이동하는 것을 방지하여 강의 하구 부분에서 저염성 어류 서식지와 열 피난처를 지원합니다.

역사적 유황 스프링 염분 데이터에 대한 우리의 검토는이 부지에서 시립 수도 펌핑의 두 가지 결과를 보여 주었다. 첫 번째는 단기적으로 알 수 있습니다. 추출 활동은 황 스프링 풀 수준을 약 1 미터로 낮출 수있어 봄 물에서 급속한 염분 스파이크를 유발할 수 있습니다. 두 번째는이 사이트에서 지하수 추출이 시작되기 전부터 황 스프링스 염분이 약 10 배 증가했다는 것입니다.

염분 데이터 만 사용하면 바닷물이 어디에서 나오는지 불분명했습니다. 많은 대수층에는 현대 해수 침입과 관련이없는 식염수 층이 포함되어 있습니다. 우리는 또한 바닷물이 황 스프링에 침입하는 알려지지 않은 메커니즘에 직면했습니다. 황 스프링과 주변 대수층에서 수집 된 지구 화학적 및 수 문학적 데이터를 분석함으로써 우리는 몇 가지 답을 찾을 수있었습니다.

우리의 분석에 따르면 황 스프링의 염분 증가는 화학적으로 해수와 유사한 짠 지하수의 기여도 증가에 해당한다는 것을 나타냅니다. 이 해수는 어디에서 왔습니까? 유황 스프링을 둘러싼 대수층에는 담수가 들어 있었고, 기저 동굴에는 내륙이 너무 멀리 떨어져 해수 침입을위한 직접 도관이되었습니다. 이 질문을 추구하기 위해, 우리는 대수층의 특성을 지역 규모로 분석하고 황 스프링 동굴 자체를 살펴 보았습니다.

도시의 허가와 동굴 다이빙 훈련과 대학의 과학 다이빙 프로그램의 표준에 따라 연구 질문을 염두에두고 황 스프링 동굴을 탐색하고 모니터링했습니다. 우리는 간헐적으로 따뜻하고 황화, 식염수를 발행하고 별개의 미생물 공동체를 호스팅하는 동굴 전체에 흩어져있는 작은 통풍구를 발견했습니다. 이 통풍구는 지하 해수 쐐기를 끌어 올리거나 차단 한 기반골 골절과 연결되었을 가능성이 높습니다.

유황 스프링 동굴을 둘러싼 석회암의 복잡한 기반암 층으로 인해 바닷물 통풍구는 때때로 동굴의 나머지 부분보다 더 많은 압력 을가했습니다. 따라서, 통풍구는 드라이 시즌 펌핑 활동 중에 스프링 풀 수준이 낮아 졌을 때, 습한 계절 동안 지역 대수층 수준이 증가함에 따라 동굴에 비례하여 더 많은 바닷물을 기여할 수있었습니다. 우리의 연구 기간 동안 허리케인 Irma가 그 뒤에 가뭄이 발생하면이 추세가 매우 명확 해졌습니다.

황 스프링스 풀과 지역 대수층으로부터 수십 년의 지하수 추출 활동으로 인해 지하 해수 쐐기 사이의 혼합 구역이 생겨서 신선한 지하수가 팽창하여 식염수를 지표면에 더 가깝게 가져옵니다. 또한 1960 년대 이후로 발생하는 황 스프링의 펌핑 활동과 2002 년 이래로 크게 강화되는 황색 스프링 동굴을 가로 채는 골절이 물을 해수 쐐기로 점점 더 깊게 끌어 당길 수있었습니다.

우리의 연구 결과는 해안 동굴 시스템에서 직접 지하수 추출의 영향을 보여 주었고 지역 특징의 역학을 해석 할 때 지역 대수층 구조와 기능을 고려하는 것이 중요하다는 것을 보여 주었다. 해안 동굴, 스프링 및 싱크 홀은 지하수 추출을위한 쉬운 목표이지만 복잡성으로 인해 잘못된 관리에 취약합니다. 해안의 도시화가 증가하는 것은 전 세계적으로 이러한 유형의 생태계에 영향을 미치게되지만 과학 기반 대수층 관리 계획의 발전으로 인해 악화를 방지 할 수 있습니다.

우리의 현재 연구는 밀도가 높은 미생물 매트 콜로니를 주최하는 황 스프링 동굴의 생태 구조를 결정하는 데 중점을 둡니다. 이들 식민지 중 일부는 동굴에 대한 표면 유래 유기 입력에 의존하는 반면, 바닷물 통풍구 근처에서 자라는 것은 심해 열수 통풍구 생태계에서 박테리아에 의해 사용되는 과정과 유사한 광합성보다는 화학 에너지를 사용하여 유기 바이오 매스를 생산하는 것 같습니다. 유황 스프링 동굴에 사는 동굴-적응 된 갑각류는 아마도 이러한 미생물 식민지에서 방목 할 것이며, 동굴에서 세척하는 미생물 매트의 술은 다운 스트림 생태계의 영양소주기에 기여할 수 있습니다. 또한 수자원 관리자가 건강한 지하수 의존 생태계를 유지하기 위해 사용할 수있는 생태 학적으로 관련된 지표를 식별하기를 희망합니다.

이 발견은 최근에 Urban Springs의 Fate of Urban Springs :Phreatic Cave의 펌핑 유발 해수 침입이라는 제목의 기사에 설명되어 있으며, 최근 Journal of Hydrology 에 발표되었습니다. . 이 작품은 Robert Scharping, Michael Garman, Ryan Henry, Prahathees Eswara 및 South Florida University의 James Garey가 수행했습니다. 그것은 Cave Research Foundation과 National Speleological Society의 보조금으로 지원되었습니다.

참조