新研究追蹤地下水的長達10萬年的旅程
一項新的研究繪製了大陸地下水流圖，揭示了雨水和融雪在地下的流動比以前所知的要遠得多，也深得多。 一半以上的溪水來自深層含水層，對污染追蹤和地下水管理具有重要意義。
科羅拉多州岡尼森縣泰勒公園流域鳥瞰圖。 圖片來源：Drew Bennett
來自普林斯頓大學和亞利桑那大學的研究人員開發了一種開創性的模擬技術，可以繪製出大陸範圍的地下水運動圖。 經過三年的廣泛研究，這項研究追蹤了水的隱密旅程–從雨滴或融雪滲入地下到最終重新出現在淡水溪流中。 模擬結果表明，水可以流到很深的地方，從入口處重新浮出水面長達100英里，在地下停留的時間從10年到驚人的10萬年不等。
這項研究發表在1月6日的《自然-水》（Nature Water）雜誌上，它表明降雨和融雪滲透到地球內部的距離比以前想像的要遠得多。 此外，研究還表明，河流和溪流中超過一半的水都來自曾被認為與地表水系統隔離的深層含水層。 這些發現對管理地下水資源、追蹤污染情況以及預測氣候變遷對地下水的影響具有重要意義，而地下水是美國一半人口的重要飲用水源。
該模擬橫跨美國大陸以及加拿大和墨西哥的部分地區，追蹤地下水的流動情況，測量地下水在300多萬平方英里（785萬平方公里）的範圍內排入溪流之前的巨大距離和深度。 研究人員透過高解析度水文模擬實現了這一目標，從而可以追蹤地下水系統中的水流情況。
研究小組成員包括普林斯頓大學威廉與愛德娜-馬卡萊爾工程與應用科學教授、普林斯頓大學高草甸環境研究所教授里德-馬克斯韋爾；普林斯頓大學前副研究員陳陽（現任職於中國中山大學）；以及亞利桑那大學教授勞拉-康頓。
科羅拉多州岡尼森縣的泰勒公園水庫。 圖片來源：Drew Bennett
他們發現，地下水可以在地下流動數百公里，然後以溪流的形式出現。 在美國中西部，地下水的流動距離很長，尤其是在山脈與平原交會的地方。 沿著落基山脈底部的一條地下水流橫跨148 英里（238 公里）。 這項研究也揭示了地下水龐大的連結網絡： 美國幾乎90% 的流域都是從一個鄰居那裡取水，然後再輸送到另一個鄰居那裡。
研究結果具有驚人的意義。 地下水佔全球不凍淡水總量的99%，為1.45 億美國人提供飲用水。 它對我們的糧食供應也至關重要，灌溉著全球60% 的農業。 但是，地下水正在以驚人的速度枯竭，而且長期以來一直難以模擬。 這項研究的新回顧性分析和預測性模擬提供了追蹤這項重要資源的機會，並讓我們了解石油和天然氣等井場滲漏造成的深遠影響。
“流域之間的相互聯繫不僅對溪流很重要，”Maxwell 說。 「這也告訴我們污染將在地下水中持續多久。硝酸鹽和全氟辛烷磺酸等廣泛存在的污染物會經過漫長的旅程進入溪流，從而使其更難管理，甚至更持久。”
第二個重要的新發現是，來自非常深的含水層的地下水對溪流的貢獻很大。 麥克斯韋爾的研究小組發現，在56% 的子流域中，來自地表以下10 至100 公尺含水層的深層地下水貢獻了一半以上的基流。 在地形坡度最陡的地區，如落基山脈和阿巴拉契亞山脈，地下水的深度最大。
編譯自/ scitechdaily