Возвращаясь к происхождению подземных вод горы Фудзи с помощью гелия, ванадия и индикаторов ДНК окружающей среды

Природная вода, том 1, страницы 60–73 (2023 г.) Процитировать эту статью

6535 Доступов

1 Цитаты

157 Альтметрика

Подробности о метриках

Знаменитая японская гора Фудзи, известная в местном масштабе как водная гора, на протяжении тысячелетий обеспечивала миллионы людей безопасной питьевой водой через обширную сеть подземных и пресноводных источников. Грунтовые воды, которые пополняются на больших высотах, стекают по склонам Фудзи в трех базальтовых водоносных горизонтах, в конечном итоге образуя бесчисленные нетронутые источники пресной воды в предгорьях Фудзи. Здесь мы бросаем вызов нынешней концептуальной модели Фудзи как простой системы ламинарного потока подземных вод с практически полным отсутствием вертикального обмена между тремя водоносными горизонтами. Эта модель сильно контрастирует с крайней тектонической нестабильностью Фудзи из-за ее уникального расположения на вершине единственного известного тройного соединения континентальной желоба-желоба-желоба, сложной геологии и необычных микробных сообществ родниковой воды. На основе уникального сочетания микробной ДНК окружающей среды, индикаторов ванадия и гелия мы предоставляем доказательства преобладающей глубокой циркуляции и ранее неизвестного вклада глубоких подземных вод в пресноводные источники Фудзи. Самый значительный глубокий апвеллинг подземных вод был обнаружен в самом тектонически активном регионе Японии — зоне разлома Фудзикава-како. Наши результаты расширяют гидрогеологическое понимание Фудзи и демонстрируют огромный потенциал объединения ДНК окружающей среды, анализа благородных газов на месте и микроэлементов для науки о подземных водах.

Японская вулканическая гора Фудзи (3776 м над уровнем моря (над уровнем моря)) благодаря своей почти идеальной конической форме, возможно, является самой известной горой в мире1. Известная в местном масштабе как водная гора, Фудзи на протяжении тысячелетий обеспечивала миллионы людей безопасной питьевой водой благодаря своим обильным грунтовым водам и источникам, питаемым грунтовыми водами. Обилие ресурсов пресной воды обусловлено большим количеством осадков, которые выпадают из-за близости Фудзи к Тихому океану и Японскому морю, а также из-за его уникального расположения на вершине тройного соединения Фудзи, единственного известного тройного соединения континентального желоба-желоба-желоба на Земле2. ,3,4 (рис. 1). Благодаря этой уникальной геологической обстановке Фудзи состоит в основном из базальта и гораздо более проницаем, чем другие дуговые стратовулканы, которые в основном состоят из плохо проницаемых андезитовых магм5,6,7,8,9,10,11,12,13. Из-за длительного прохождения через базальт14 грунтовые воды Фудзи очень мягкие и сильно обогащены ванадием, что делает реки Фудзи наиболее обогащенными ванадием на Земле15,16,17. Фудзи настолько важен, что имеет статус объекта Всемирного наследия ЮНЕСКО18, а многочисленные источники признаны национальными памятниками природы19,20,21.

Вверху слева: расположение Фудзи на тройном стыке желоба-желоба между плитами Амурского, Охотского и Филиппинского морей в центральной Японии. Вверху справа: карта водосбора Фудзи, его четыре суббассейна (юго-западный суббассейн выделен желтым), общие направления потока подземных вод юго-западного и юго-восточного суббассейнов, основные зоны разломов, активные в настоящее время тектонические разломы, выбранные участки и все данные, полученные в ходе этого исследования или собранные из литературы и национальной базы данных подземных вод Японии. Черные точки в символах мест отбора проб указывают места проведения анализов эДНК. Внизу: 3D-карта горы Фудзи, ориентированная на юго-восток. Выделен водосборный бассейн Фудзи, указаны места отбора проб и общие направления стока юго-западного и юго-восточного суббассейнов. KMFZ = зона разлома Коцу-Мацуда. Система координат: WGS 84/Псевдо-Меркатор. Источники составных карт: спутниковые снимки161; цифровая модель рельефа162; красная трехмерная карта отмывки163,164; места активных тектонических разломов165; границы плит и основные тектонические разломы43,166,167.

Помимо постоянно растущего спроса на воду со стороны местных жителей, туристов, промышленности и сельского хозяйства, возник микромир пищевой промышленности премиум-класса, производящей товары, которые сильно зависят от чистой воды Фудзи. Крупнейшие в Японии плантации зеленого чая на южных склонах и крупные заводы по производству виски на восточном склоне могут работать только благодаря постоянно большим запасам мягких, высококачественных грунтовых вод. С растущим успехом многочисленные компании по розливу воды теперь продают богатую ванадием грунтовую воду, добываемую из глубин Фудзи, как полезную минеральную воду22,23,24. Более того, было обнаружено, что если при приготовлении сакэ (нихонсю) используется вода, богатая ванадием, нежелательные соединения застоявшегося аромата подавляются, в то время как желаемый сладкий вкус усиливается25,26, что потенциально объясняет отмеченный наградами международный успех пивоваренных заводов Фудзи, производящих сакэ27,28. .

20 km)6,11,12,80,81,82,83,84. Fuji consists of four volcanoes that grew on top of each other: Pre-Komitake (270–160 ka), Komitake (160–100 ka), Ko-Fuji (100–10 ka) and Shin-Fuji (10 ka to present)1,6,38,81,85,86. The deposits of the late Hoshiyama volcanic stage (100–17 ka) and deposits of the Fujinomiya and Subashiri stages (<17 ka)9,13,17,31,35,37,39,87,88,89 are of hydrogeological relevance. Late Hoshiyama deposits consist of basaltic lava, volcanic ash and respective mudflows, and host the deep Ko-Fuji aquifer. Ko-Fuji aquifer is confined on top by largely impermeable mudflow deposits (hydraulic conductivities between 10−6 m s−1 (horizontal) and 10−8 m s−1 (vertical); ref. 42), pyroclastic rocks and Fuji black soil of the final Hoshiyama and initial Fujinomiya stages6,9,17,37,38,81,85,90. The estimated hydraulic conductivity of Ko-Fuji aquifer is in the range of 10−5–10−7 m s−1 (refs. 9, 39, 42, 91). The Funjinomiya and Subashiri stage deposits host the shallow Shin-Fuji aquifer, which consist of multiple basaltic lava layers that form a complex and highly conductive network of porous material, fissures and clinkers7,17,31,37. The most recent volcanic ash and alluvial sand and gravel deposits of the Subashiri stage finish off the hydrogeological stratigraphy by hosting the uppermost Surficial aquifer31. The estimated hydraulic conductivities of the Shin-Fuji and Surficial aquifers are 10−2−10−5 m s−1 (refs. 9, 39, 42, 91). Underneath, the described hydrogeological system of Fuji is constrained by an approximately 10-km thick basement body of the Misaka-Tenshu group, which consists of impermeable submarine basaltic andesite and pyroclastic material52. The FKFZ, Japan's tectonically most active structure, is located along the west and southwest foot of Fuji and passes the city of Fujinomiya10,43,44,45. These active tectonic faults are characterized by complex fissure and clinker networks, which might allow groundwater, solutes and small particles to be transported in a non-laminar fashion and make their flow paths very difficult to identify. Hydrogeological properties of the FKFZ, as well as its effect on groundwater dynamics and flow paths, have not been systematically investigated and, while geologically relatively well understood45, its hydrogeological behaviour remained unknown before our study./p>