大西洋海底发现巨大淡水含水层

来源：科研圈

一项新研究发现，在美国东北部海岸附近充满咸水的大西洋底，隐藏着一个巨大的淡水含水层。

黄色阴影区域为大西洋底含水层的分布范围。图片来源：Gustafson et al., 2019

来源 Live Science撰文  Laura Geggel翻译 页一审校 吴娜 编辑 沛米

尽管该含水层的确切范围仍是个谜，但它的长度至少从马萨诸塞州延伸至新泽西州南部区域，达到将近 350 千米，很可能是同类含水层中最大的。该区域包括纽约、康涅狄格和罗德岛的海岸线。这个含水层可能含有约 2800 立方千米的淡咸水（我们稍后会解释它的咸度）。

这个含水层形成的年代并不是很近。研究人员表示，他们怀疑含水层的大部分形成于最后一个冰期。

20 世纪 7 0年代，科学家首次发现海底含水层存在的迹象，起因是石油公司当时在近海开采到的有时并不是石油，而是淡水。但那时人们并不清楚这些淡水储存区是孤立的“水袋”，还是连成一片的水域。

大约 20 年前，该研究项目的成员之一、现任纽约哥伦比亚大学拉蒙特–多尔蒂地球天文台的地球物理学家 Kerry Key，开始利用海底电磁成像技术帮助石油公司确定石油聚集区。就像 X 射线可以扫描成像人体骨骼一样，电磁成像技术使用电磁波（从静态到微波以及其它高频）来探测隐藏在视野之外的物体。

最近，在努力搜寻淡水沉积物的过程中，Kerry Key 决定调整这项技术，看是否能帮他找到含水层，也就是地下淡水池。因此，2015 年他和 Rob Evans 在海上待了 10 天，Rob Evans 是这个项目的另一名成员，也是一名来自马萨诸塞州伍兹霍尔海洋研究所的地质学和地球物理学方面的资深科学家。他们在新泽西州南部和马萨诸塞州玛莎葡萄园岛的海岸边进行测量。之所以选择这些地点，是因为石油公司曾报告在此地发现淡水。

“我们知道在洋底不同的地点分布有淡水，但是我们不知道淡水分布的范围和覆盖区域。”论文的第一作者 Chloe Gustafson 在声明中说道。他是拉蒙特–多尔蒂地球观测站海洋地质学和地球物理学的一名博士研究生。

为了研究这些区域，研究人员将仪器沉到海底来测量那里的电磁场。此外，他们还使用船后拖曳的仪器发射人造电磁脉冲来测量海底的反射。研究人员称，这两种方法都基于相似的科学原理：盐水的电磁波导电性比淡水强，因此任何淡水池都会以低电导带的形式突显出来。

通过分析研究人员发现，这些淡水并非分散在各处，而是彼此相连的，这个范围从海岸线一直向外延伸到大陆架。在一些地方，含水层延伸到离岸 120 千米的位置。

而且这个含水层也有相当的深度：从海底以下约 182 米的位置开始，一直延伸到海底以下约 365 米的位置。如果后期的研究能够证明这个含水层的体积比目前探测到的更大，那它可能与奥加拉拉地下蓄水层（Ogallala aquifer）相媲美。后者是一个巨大的淡水池，位于美国大平原之下，为 8 个州（从南达科他州到德克萨斯州）提供地下水。

那么淡水是如何进入海底的呢?

研究人员说，这个含水层可能是在上一个冰期末形成的。大约在 2 万到 1.5 万年前，世界上大部分的水都被禁锢在冰川里，导致海平面比现在低。随着气温升高，覆盖美国东北部的冰层融化，水冲走了大量的沉积物，这些沉积物在仍然暴露的大陆架上形成了河流三角洲。于是大量来自冰川融化的淡水就被困在这些沉积物的凹陷中。后来，海平面上升，沉积物和淡水就都被困在了海底。

现在看来，这个含水层并不是一潭死水。相反，研究人员认为，它很可能由地下径流供水。这些水随后可能被涨落的潮汐压力泵向大海，Key 说。

他补充道，靠近海岸的含水层最淡，越往外含盐量越高，这表明随着时间的推移，含水层会慢慢与海水混合。他说，陆地附近的淡水含盐量约为千分之一，很接近其它陆地淡水。相比之下，在含水层的外缘，这一数值约为千分之十五，仍低于典型的海水含盐量（千分之三十五）。

也就是说，在使用这些水之前必须对其进行脱盐处理，不过处理这些水还是要比处理普通的咸海水便宜，Key 说。

“在这个地区我们可能不需要使用这些淡水资源，但如果我们能证明在其它地区也有大型含水层，这可能代表着一种资源”，例如在南加州、澳大利亚、中东或非洲撒哈拉等干旱地区。他在声明中说道。

该研究于 6 月 18 日在 Scientific Reports 杂志上在线发表。

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论文信息

【标题】Aquifer systems extending far offshore on the U.S. Atlantic margin

【作者】Chloe Gustafson, Kerry Key & Rob L. Evans

【时间】2019年6月18日【期刊】Scientific Reports【链接】https://www.nature.com/articles/s41598-019-44611-7 【DOI】10.1038/s41598-019-44611-7【摘要Low-salinity submarine groundwater contained within continental shelves is a global phenomenon. Mechanisms for emplacing offshore groundwater include glacial processes that drove water into exposed continental shelves during sea-level low stands and active connections to onshore hydrologic systems. While low-salinity groundwater is thought to be abundant, its distribution and volume worldwide is poorly understood due to the limited number of observations. Here we image laterally continuous aquifers extending 90 km offshore New Jersey and Martha’s Vineyard, Massachusetts, on the U.S. Atlantic margin using new shallow water electromagnetic geophysical methods. Our data provide more continuous constraints on offshore groundwater than previous models and present evidence for a connection between the modern onshore hydrologic system and offshore aquifers. We identify clinoforms as a previously unknown structural control on the lateral extent of low-salinity groundwater and potentially a control on where low-salinity water rises into the seafloor. Our data suggest a continuous submarine aquifer system spans at least 350 km of the U.S. Atlantic coast and contains about 2800 km3 of low-salinity groundwater. Our findings can be used to improve models of past glacial, eustatic, tectonic, and geomorphic processes on continental shelves and provide insight into shelf geochemistry, biogeochemical cycles, and the deep biosphere.