过去和未来进化onshore-offshore地下水系统的碳酸盐群岛:马耳他岛的情况下,中央地中海
米歇尔·德Biase1,
弗朗西斯科·Chidichimo
亚伦失物
托马斯·茨温格宫- 1卡拉布里亚大学环境工程系,仁德,意大利
- 2海洋地质学和海底测量、马耳他大学地质学系Msida、马耳他
- 3计算地球科学、地球与环境科学部门,洛斯阿拉莫斯国家实验室,洛斯阿拉莫斯,海里,美国
- 4CSC-IT科学中心的埃斯波,芬兰
离岸凉飕飕的地下水(一些小)地下水盐度低于海水,存储在sub-seafloor沉积物和岩石。提出了一些小的作为一个可选择的解决方案来缓解水资源短缺在沿海地区和提高原油采收率。虽然已经被记载在一些小的大多数大陆边缘,我们仍然有一个贫穷的理解程度和一些小系统的流动特性,及其时间演化。针对一般缺乏适当的字段数据,paleohydrogeological模型已经使用。大多数的这些模型是基于2 d的方法,他们很少考虑一些小的未来演化系统,特别是在应对气候变化预测。这里我们利用最近收购了地质、地球物理、水文地质数据从在岸和离岸马耳他群岛,采用2 d和3 d数值模型,:(i)重建的演变onshore-offshore地下水系统在过去188 ka,(2)预测的进化的一些小系统应对气候变化。我们表明,该机制安放包括一些小的结合活性迅速充电目前以及海平面低位域。马耳他onshore-offshore地下水系统是相对动态的,有23%的地下水被保存在过去18 ka。所表达的控制地质更普遍分布的北的一些小错,低渗的发生有关单位,和地下水的不对称透镜在18 ka低位域。降低30%充电预测在未来100年将减少程度一些小的38%,而海平面上升将会扮演一个微不足道的角色。 At present the estimated volume of OFG is 1 km3,这可能会提供一个替代的饮用水供应为75年马耳他群岛。开发以最小的一些小的盐渍化在岸地下水的身体需要定位抽水井靠近海岸。
1。介绍
离岸凉飕飕的地下水[一些小;也称为离岸地下水(埃文斯和Lizarralde, 2003年)、海上新鲜的地下水(et al ., 2013后),或者地下河口(摩尔,1999;威拉德,1999)存储在沉积物的孔隙地下水或骨折sub-seafloor的岩石,和总溶解固体物浓度低于海水(失物et al ., 2021)。已经被记载在一些小的大多数大陆边缘(et al ., 2013后),虽然它主要发生在硅质碎屑的被动边缘,在水下100米和sub-seafloor深处200米(失物et al ., 2021)。一些小可以被迅速充电(侵Kooi Groen, 2001;科恩et al ., 2010;托马斯et al ., 2019;失物et al ., 2020,2021年)、成岩作用(Kastner et al ., 1991)或天然气水合物分解(黑森州和哈里森,1981年)。渗透率对比(Zamrsky et al ., 2020),连接的渗透和封闭地层(迈克尔et al ., 2016)、埋藏古河道(“将军”et al ., 2004)和缺点(Varma和迈克尔,2012年)是主要的地质元素控制一些小分布。有一些小系统的研究越来越感兴趣,特别是在过去的十年。这主要是由于他们的潜在使用非常规水源在沿海地区,地下水资源正在迅速耗尽或污染(巴肯et al ., 2012;机制,2020),或者提高原油采收率(人et al ., 2017)。也被认为扮演着一个关键角色,一些小的海洋生物地球化学通量(迈克尔et al ., 2016)、底栖生物和sub-seafloor生物系统(摩尔,1999)、大陆边缘地貌学(约翰逊,1939),人类迁徙模式(贝利和王,2011年),等等。
我们对一些小的理解主要是基于钻孔数据(主要是含氯量和总溶解固体的提取孔隙液体)从遗留钻探活动和偶然发现(失物et al ., 2021)。适当的字段数据是有限的,特别是在大陆架的环境。直接观察含水层的结构和性能,和地球化学特征,仍然一些小的罕见的(夸张et al ., 2013;范Geldern et al ., 2013)。一些小的机制和时间侵位往往是未知的,和前已经被地球化学数据证实了< 10记录(失物et al ., 2021)。一些小的井下测量的物理特性(如流速、方向,压力)和居留时间从未执行。详细的地球物理一些小系统的评估,另一方面,只有可用最近和几个位置(例如,Gustafson et al ., 2019;•阿蒂亚斯et al ., 2020;失物et al ., 2020;减少et al ., 2021)。
结果,重要的知识缺口依然存在一些小范围和流动特性的系统,和这些经过时间的演变。为了解决这些知识差距大空间尺度上(如利润)和时间尺度(如冰川周期),paleohydrogeological模型已经使用(例如,Meisler et al ., 1984;Kooi et al ., 2000;人et al ., 2003;Marksammer et al ., 2007;科恩et al ., 2010;DeFoor et al ., 2011;阿米尔et al ., 2013;西格尔et al ., 2014;摩根et al ., 2018;托马斯et al ., 2019;失物et al ., 2020)。大多数的这些模型是基于2 d方法考虑shore-normal topography-driven流和海平面变化的条件。他们通常倾向于复制外侧一些小的程度,这是记录在钻孔数据,表明海平面处于低水位时暴露的陨石充电是最常见的侵位机制。三维数值模拟方法,相比之下,仍然少见,主要是应用于冻结成冰的利润率。出于这个原因,onshore-offshore和近岸地层连通性差表示,这是有问题的考虑到shore-parallel流政权可能在一些小重要系统(失物et al ., 2020;骑士et al ., 2021)。少量的研究都集中在一些小的现在和未来演化系统(例如,骑士et al ., 2018;摩根et al ., 2018;Yu和迈克尔,2019年)。这些主要是2 d的评估,基于地下水分析建模或变密度流和交通建模,探索之间的联系的在岸和离岸地下水开采。气候change-e.g一些小系统将如何应对。,in terms of changes in groundwater recharge, water demand and sea-level—has still not been assessed.
马耳他群岛,位于地中海中部,是一个碳酸群岛,欧洲最高的人口密度,是全球最穷的国家之一,水资源的每位居民(粮农组织2003)。地下水供应饮用水的~ 50%和> 16%的体积预计在2100年失去了由于气候变化(De Biase et al ., 2021)。可控源电磁和地震反射数据从海底离岸马耳他的SE是用来识别电阻率异常解释为一些小的指标(减少et al ., 2021)。数值模拟表明,一些小的身体近海岸(约1公里)积极充电,而一个孤立的身体的距离> 3公里的海岸可能在上次冰河最大竖起了一残遗的特性。的范围和特征为地下水系统离岸马耳他群岛,它如何演化在过去,它将如何应对气候变化,仍然缺乏约束。
在这项研究中,我们利用最近收购了地质、地球物理和从在岸和离岸马耳他群岛水文地质数据,采用2 d和3 d数值模型,:(i)重建的演变马耳他onshore-offshore地下水系统在过去188 ka程度而言,体积,盐度和速度,(2)预测的进化的一些小系统应对气候变化到2100。
2。区域设置
马耳他群岛由马耳他群岛,Gozo Comino,三个小岛。露出整个群岛四个主要Oligo-Miocene沉积地层(佩德利说et al ., 1976)。从下到上,这些结构包括:(i)低珊瑚石灰石(1000米厚的浅水藻有孔虫石灰岩);(2)海底软泥灰岩(~ 200米厚的细粒度的生物微晶灰岩,由上层,中下游海底软泥灰岩成员);(3)蓝色粘土(75米的带状非泥灰土和粘土);及(iv)上珊瑚石灰石(~ 100米厚的浅礁复杂)。这种沉积序列是由两个正断层系统中断(困难的,1981;嘉丁纳et al ., 1995)。最广泛的系统,包括大断层,趋势ENE-WSW和活跃早期中新世和上新世中叶的之间的间歇。第二个系统趋势-和第四纪活动在上新世末期。
这个群岛一般倾斜向东北,到达海拔250米的悬崖沿西海岸。地貌主要是受构造活动控制,与群众运动、喀斯特作用、地表水和海岸侵蚀扮演次要角色(亚历山大,1988)。海底区域考虑这项研究(即。,从海岸到120米的深度;图1)代表一个水下paleolandscape 10公里宽,坡度和托管峡谷、岩溶地貌,沿着东古岸线和存款(失物et al ., 2013,2019年)。在西方,架子上是相对较窄。主要沉积类型是泥泞的沙滩(失物et al ., 2013)。
图1。地形图的马耳他群岛和周围的海底。地质特征的兴趣表示。
马耳他群岛主机三种类型的地下水的身体(Bakalowicz Mangion, 2003;环境和资源的权力,2015年;Pondthai et al ., 2020;Lotti et al ., 2021)。最大的是地下水平均海平面的身体,主要是托管在珊瑚石灰岩形成。这包括一个淡水Ghyben-Herzberg镜头漂浮在海水和饮用水的主要来源。其他身体较小的区域范围和驻留在上层珊瑚石灰岩形成,正如上面栖息地下水尸体的海平面或山谷低于海平面。地下水主要是由降水充电,年平均550毫米(高迪,2011)。马耳他气候由夏季炎热、干燥,温和,潮湿的冬季,大部分的雨水下降10月和2月之间。
3所示。材料和方法
3.1。地质资料
马耳他群岛由陆上地质资料:(i)数字高程模型的整个马耳他群岛(1 m细胞大小;2012年2月期间获得5.5 h飞行使用IGI LiteMapper 6800激光雷达系统作为项目的一部分“环境监测的发展战略和环境监测基线调查”由erdf - 156),(2)表面地质图(佩德利说et al ., 1976),(3)遗留和最近的钻孔日志(Costain和势力,1957;De Biase et al ., 2021)。海外地质资料包括:(i)多波束回声探测器数据获得离岸马耳他岛的东海岸在探险的数量(失物et al ., 2013,2019年),(2)> 400公里2水深数据的获得与鹰眼IIb水深激光雷达传感器和一片干涉系统(康斯贝格GeoSwath),收集作为项目的一部分“环境监测的发展战略和环境监测基线调查”由erdf - 156,(3)深度测量法从剩下的海底源自EMODnet深度测量法(https://www.emodnet-bathymetry.eu/),(iv)多道地震反射资料,(v)海上钻孔和海底(详见样品失物et al ., 2019;减少et al ., 2021)。
3.2。二维地下水建模
3.2.1之上。建模框架
2 d的方法是最适合来评估未来情景地下水演化在高空间和时间尺度,并确定各向异性因子的值使用2 d和3 d建模方法。2 d模型旨在重建海底离岸马耳他岛的SE和评估地下水系统的发展在未来。我们专注于这个区域,因为它主人最好的迹象,从地球物理和数值模拟的角度来看,出现的一些小的(减少et al ., 2021)。地下水变密度模型SEAWAT (朗之万et al ., 2008)是用于运行2 d模拟意味着海平面在瞬态条件下地下水的身体在SE马耳他。域模型包括一个二维样条在SE马耳他(图2),由插值不同岩层之间的接口从地质图,水井和近海地震反射数据。横截面是主要面向沿着地下水流动方向,垂直于两个分割的海岸线。它的总长度是19公里,包括12公里的陆上部分和7公里海上部分,和最大高度560米。的西北边缘部分突然停止的海岸线由于发生垂直的悬崖下降低于海平面。我们延长了部分美国西海岸的海上边界条件模型。模型的基本设置在海平面以下500米深度,远比freshwater-saltwater接口。模拟域是垂直离散第一200 30水平层,有一个恒定的厚度~ 10 m。层厚度逐渐增加,达到100层底部,剩下的300米。这种布局设计促进溶质输运方程的收敛区域的淡水和咸水交互发生(郑1990),以减少计算负担,计算精度高并不是必需的。域已经水平离散除以每一层380个元素有一个50×50米的大小。图2显示了描述模型的设置以及由此形成的地质模型。
图2。2 d模型域显示离散化的设置和相关的形成源自于地质模型。在的位置图1。
承载地下水的含水层被认为是自由的,每个地质地层建模为均匀。没有层不透水材料位于上下含水层,因为该公司将面临压力。地下水位是在大气压力,因此兴衰由于外部营力。模型层将被“可转换”,这意味着模型检查每个单元的水头值,以确定是否是否限制。细胞可转换层限制或无侧限取决于头是否高于或低于细胞的顶部。
含水层底部边界(c图2)已经被设置为一个不透水边界流和运输。向海的边界(左垂直边缘a - b,代表着海岸线陡峭的悬崖描述这边;对垂直边缘c - d和d e最外层组织的代表的一部分海底)被认为是在海水静水压力。在这些边界,盐水的0 m已经分配,规定35 g / L的浓度是输入通量和模型计算浓度申请输出水流。
3.2.2。建模参数
液压的属性结构模型中被分配根据所示的值表1。具体收益是来自的研究尼科尔森(2001)和叶et al。(2000),而特定的存储是源自于研究旷et al。(2020)回顾了该参数从182场网站,涵盖了广泛的蓄水层材料。
表1。水力参数的地质结构马耳他群岛。
纵向弥散性,它是用来表示当地地下水溶质的速度场的变化在流体流动的方向,据估计使用经验开发的幂律舒尔茨-马库奇(2005):
α是纵向弥散性(l),c是一个参数特征的地质介质(l1−米),l流动距离(l),而米标度指数。这些参数量化了疏松的沉积物和巩固岩石通过数以百计的数据的分析对。在目前的研究中,上述参数导出了碳酸盐岩和建模20公里的规模。由此产生的纵向弥散性等于40 m和横向的将这个值的十分之一。海水的密度是1.025克/厘米3(盐浓度35 g / L),而淡水的密度设置为1克/厘米3(盐浓度0 g / L)。
陆上充电相当于~ 25%的年降水量550毫米(粮农组织2003;高迪,2011)已经被归因于顶部边界a e不是被海洋覆盖,并在模拟期间保持不变。~ 5000年时间的模拟运行,启动盐浓度的35 g / L的含水层,到达地下水身体的平衡条件生成和美联储的肤浅的淡水补给。
水平和垂直渗透系数各向异性比值(KH/KV),它起着基本的作用在一些小的形成和扩展(例如,减少et al ., 2021),是未知的。六个不同的各向异性值(1、10、25、50、75和100年)被用来估算地下水水力头从2 d模型并比较它们与最大重建地下水水头值接近的样区。没有监控井位于区,但一些关于水的信息表布局可从分析实现环境和资源管理局(2015),蒙泰罗et al。(2016),De Biase et al。(2021)(例如,调查的最大水头实现部分)。图3显示了抛物线趋势插值模拟最大液压头获得不同的各向异性的因素。提供56的各向异性因子之间的匹配计算最大水头值和一个来自上述研究。因此这个值的各向异性是用于所有的2 d和3 d数值模拟。
图3。最大地下水水头的变化对各向异性的因素。
3.2.3。模拟的场景
首次使用该模型来模拟地下水分布沿SE马耳他横断面。等今天的条件然后用初始条件调查地下水分布如何变化对变化:
我。海底软泥灰岩地层的渗透系数:海底软泥灰岩的渗透系数要低一个数量级低于珊瑚石灰岩。这样的对比被认为扮演重要的角色在扩展为地下水离岸马耳他。海底软泥灰岩的形成实际上是由三名成员由集团床,所以整个地层渗透系数随两个数量级(De Biase et al ., 2021)。这种变化的影响在一些小的程度与我们的模型探讨。
二世。减少充电速度:气温上升2°C对现状预计在接下来的100年,在欧洲南部与严重的降雨量减少30% (Vautard et al ., 2014)。回灌率已经下降了30%。
三世。地中海地区的海平面上升:模型表明,意味着2100年海平面上升将从52到190厘米(Adloff et al ., 2015;西罗Aucelli et al ., 2017)。马耳他的特点是温柔地急剧倾斜的海岸,这限制了海平面上升的程度降低的程度接近地面的地形。内地部分,获得最高的海边考虑水平上升,比细胞扩展模型的网。这方面因此被忽视,因此建模域的扩展是保持不变的。仿真因此由逐步提高盐水边界条件首先1 m,然后由1.9米在第二个场景中在100年。
第四。陆上抽水井的位置和萃取率:模拟的影响也进行了评估一个泵well-withdrawing可持续流量在不同距离海岸线,从水头最高的位置。油井的深度−30米和10米过滤屏幕操作流量的40米3/ d的50米模型宽度,导致0.8的值3/ (m·d)。萃取率是决定为了使它的价值最大化,同时维护一个盐浓度低于1 g / L模拟一段100年。
总结了仿真场景表2。
表2。二维模拟场景持续时间(100年)。
3.3。地下水三维建模
3 d模型集中在更大的规模,群岛的粗分辨率表示2 d模型相比,为了重建过去onshore-offshore地下水系统的进化在大时间尺度。三维数值模拟使用开源实现,并行有限元代码埃尔默(2022)。达西流动和溶质运动的对流方程解决使用的配方Hartikainen (2018)。我们的瞬态三维模型包括马耳他群岛,Comino Gozo,相邻的海底到目前海平面以下217米的深度(图4一)。建立了有限元网格使用LaGriT网格生成器(LaGriT 2022),由250万和050万个节点四面体。3 d表面之间的边界附近地质结构被用来插入材料特性的形成到网格的元素。网格扩展深度2公里,垂直分辨率,不同~ 3 m在表面附近~ 50米底部的域。水平网格分辨率为1000 m,除海拔0和120−之间,分辨率为250米的地方。这个更高的分辨率被用来更好地解决流条件freshwater-saltwater过渡期间海平面波动。地下水位低于地表马耳他群岛,Gozo, Comino是固定的,估计基于稳态分析解地下水流动方程如下:
在哪里R充电(0.003 m / d),T是透射率(10002/ d),x海岸线的距离,收益率水位高程的价值,h的函数:
在哪里l是最大的径向距离海岸线的中心岛。
图4。(一)有限元网格用于地下水三维数值模拟。模型的位置图1。(b)从现在到200年海平面波动ka年前来自汉森et al。(2013)。
埃尔默解决了地下水压力在达西的方程和盐度平流扩散方程按顺序使用牛顿迭代计划。有限元法使用的标准有限元离散和残余自由泡沫稳定。一个不完整的图片右下方分解预调节器用于所有方程,和一个一阶向后微分公式用于离散化的时间(埃尔默,2022)。
等温模型,地下水属性计算在20°C。在水位补给边界条件的138毫米/规定是基于降雨和蒸发蒸腾数据(粮农组织2003;高迪,2011),并在模拟期间保持不变。因为水位高程的模型并不能解决所有次)(它是固定的,地下水压力(或水头)计算,可以在模拟不同取决于地下水流动和充电之间的平衡。在海底,一头根据水深是施加边界条件。零盐度强加在地表和海水浓度是应用在海底。在所有领域的垂直的侧面,用流体静力边界条件和流体是底部施加边界条件。
模型模拟188 ka(6)从海洋同位素阶段地下水流动和溶质运移到今天的时间步长1。这段时间来自海平面波动汉森et al。(2013)(图4 b)。4.2节中给出的结果是120 ka BP(海洋同位素阶段5 e), 18 ka BP(海洋同位素阶段2)和现状。
4所示。结果
4.1。二维建模结果
以下4.4.1。现在的场景
图5一个显示了模拟地下水盐度分布在SE马耳他的现状。这包括>宽13公里、厚~ 120淡水透镜,匹配盐度数据从该地区的深水井(能源和水机构,未公开的数据)。一些小的身体~ 1公里海岸延伸,在协议的评估减少et al。(2021),这是基于20 ka数值模拟,考虑了海平面波动。
图5。二维数值模拟的结果。对于所有数据,轮廓线代表17.5 g / L的浓度,即新鲜和海水之间的过渡(分别为0和35 g / L)。参考校准模型的结果现在的条件是显示为红色。(一)模拟的各向异性因子浓度56和5000年的时间(直到pseudo-stationarity条件实现)。(B)增加(浅绿色)和减少的影响(深绿色)的海底软泥灰岩地层渗透系数的尺寸地下水的身体。(C)的影响,地表回灌率降低了30%,(绿色轮廓线)。(D)轮廓线为蓝色显示的程度地下水的身体为五个不同的场景(点1:从海岸线5400米;点2:从海岸线4050米;点3:从海岸线2700米;点4:从海岸线1350米;5:指向海岸线)模拟时间为100年之后)。
这个校准模型允许我们评估海底软泥灰岩的角色在一些小的形成和扩展。如果水力传导率的值是增加了一个数量级(代表低海底软泥灰岩和接近拼箱形成),17.5 g / L浓度的轮廓是离海岸只有几米(浅绿色轮廓线图5 b)。这种渗透系数的改变也会导致减少~ 9和92%的地区的地下水透镜和一些小区域,分别。如果渗透系数的值下降了一个数量级(代表中产海底软泥灰岩的成员),17.5 g / L的轮廓浓度> 2公里离海岸(深绿色轮廓线图5 b)。在后一种情况下,我们观察到整个镜头的面积增加了29%,与一些小面积大于8倍引用的结果。
4.1.2。预测气候变化的影响和泵送一些小分布
4.1.2.1。减少充电
绿色的轮廓线图5 c代表了地下水身体扩展获得补给率减少30%的一个用于校准模型。地下水垂直扩展身体减少~ 20米在经历最大的变化,而一些小~ 200向后移动,导致整体降低整个镜头的~ 15%面积和减少一些小面积的36%。
4.1.2.2。海平面上升
上升的海平面1和1.9 m的模拟,从校准模型。这样的海平面升降变化之间的界面清新盐水由几厘米,这没有明显的影响(在我们的模型生成的图形结果)地下水平均海平面的身体和一些小配置100年后。
4.1.2.3。地下水抽
最后一个参数,探讨了与我们的2 d模型对一些小的地下水及其影响。不同深浅的蓝色的轮廓线表示估计的17.5 g / L浓度模拟时间为100年之后对抽水井操作在同一流量但是不同距离海岸线(图5 d)。位置1和2(分别为5400和4050米海岸线),一些小的程度是由泵的影响最小。程度开始降低,油井位于距离< 2700米海岸线(点3)。本例中的一些小面积的减少大约27%,而55%的损失预计为泵从4点从海岸线(1350米)。获得的深蓝色轮廓线,经过100年的不断水提取点5(在海岸线),显示了一些小的几乎完全消失(减少95%),尽管在岸地下水透镜基本上仍保持不变。在某些场景中(泵从点3、4、5),盐浓度< 1 g / L,萃取率校准点(1,不能维护(图6)。特别是,盐浓度随时间的变化在5点,根据我们的模型计算,达到2 g / L的值只有1年之后,和> 13 g / L经过100年的开采(图6)。
图6。盐浓度随时间的变化计算出泵井中所示的5分图5 d。
4.2。3 d建模结果
地下水的估计量,使用孔隙度值表1三次间隔如下:
我总共120 ka BP - 16公里3:15公里3陆上,1公里3离岸
二世。18 ka BP - 97公里3:85公里3陆上,12公里3离岸
三世。目前,共有22公里3:21公里3陆上,1公里3海外。
这些值的海岸线。~ 25%的地下水平均体积小于10的事业单位。
地下水的横向范围我们的3 d模型估计达120 ka, 18 ka和现在所示图7,8。在120 ka BP,当海平面比现在高出4 - 6米,沿着海岸发生一些小Mellieha和瓦莱塔之间最大的扩展海外Salini,彭布罗克和瓦莱塔(2.8公里的海岸和最大厚度90米)。在随后的~ 100 ka,大陆架是逐步公开为海平面下降,促进跨架子上一些小的扩张。的最大程度上达成了一些小的海平面在最后的冰河时代低位域(18 ka),当主要是一些小位于东部近海马耳他(15公里海岸线和最大厚度为700米),并在较小程度上,马耳他的南部和西部,Gozo东部。在上次冰川最大,海平面上升迅速在8 ka达到现在的水平,推动整个一些小的收缩。目前,一些小预计将主要发生在马耳他和Gozo之间,与沿海Cirkewwa瓦莱塔,圣保罗大教堂的最大扩展海外湾Salini和圣朱利安的(~ 3公里的海岸和最大厚度100米)。这是在空间与观察到的高电阻率的粘土形成CSEM第2行离岸Cirkewwa和离岸Salini CSEM第6行(减少et al ., 2021),低电阻率相比蓝粘土在其他地方,这可以解释为新鲜的孔隙水。电阻率异常(R1)观察上珊瑚石灰石CSEM第6行,尽管这是归因于孔隙度,而不是减少孔隙水盐度的变化。一个较小的程度上预测一些小离岸Birzebbuga Lapsi,金色的海湾,Gozo (Marsalforn Ramla湾,Dwejra)。通常没有迹象的一些小CSEM 5和8行,位于近海北马耳他和东Gozo,分别,这是符合我们的模型结果。有两个局部电阻率异常这些CSEM线(R2和R3),但这些也被归因于减少孔隙度(减少et al ., 2021)。离岸SE马耳他,凉飕飕的地下水沿着海岸线只是预测,而不是进一步离岸(用局部电阻率异常R4在CSEM第9行(减少et al ., 2021)]。我们属性粗分辨率的三维数值模型,这阻止了一个小规模的一些小的重建。一个2 d剖面从三维模型中提取的SE马耳他所示图8。然而,镜头在很大程度上是对称的海平面高水位期期间,它是厚相比马耳他岛的东北到西南海平面低位域。在最后的冰河时代图9显示了预测地下水的速度,变化在0.032和3.2米/目前,和至少一个数量级高在上次冰河最大值。
图7。估计地下水范围从3 d模型在三种不同的时间间隔。只有顶部的盐度地下水的身体。
图8。沿着SW-NE截面(位置在盐度剖面图1在三个不同的时间间隔。
图9。估计地下水沿着SW-NE截面(位置速度图1在三个不同的时间间隔。
5。讨论和结论
5.1。一些小目前特征及其演化在过去
基于我们的建模仿真,我们可以推断:
我。观察到的一些小分布强烈影响渗透率和孔隙度分布在架子上。目前一些小的发生主要是位于北部的错误(图7),这是大多数蓝粘土所在(减少et al ., 2021)。南的错,是一些小空间更多的限制和由海底软泥灰岩。这个情节图5 b显示,低渗透率单位保留一些小的重要性,通过改善其保护或因为他们的角色在提供盐扩散的障碍。地质控制也反映在地下水的不对称透镜(在最后的冰河时代图8),这似乎遵循地质层的倾斜,首选充电,向东北。
二世。侵位的一些小的距离> 1公里的故障(如海上圣朱利安的),这是由海底软泥和更低的珊瑚石灰岩形成较低的沿海救援,只能解释为海平面较低时充电,紧随其后的是地下水保护在低渗透单位(例如,海平面上升减少et al ., 2021)。侵位机制在一定程度上证实了地下水的估计快速度相比,在最后的冰河时代(图9)。大断层以北,蓝粘土更为普遍,一些小范围的3公里的海岸线也可能被解释成积极充电陨石的低渗透系数的形成(两个数量级低于海底软泥灰岩)和较高的沿海救济(图5 b)。
三世。马耳他岛的onshore-offshore地下水系统是相对动态的。只有23%的地下水是保存在18 ka和现在之间最后的冰河时代,与其他被海水所取代通过密度流驱动的。一些小界面移动的速度向陆地~ 70厘米每年在过去18 ka (图7)。这表明淡水侵在马耳他的架子很有可能幸存一个间冰期循环,这将意味着我们看到一些小目前很可能不同的海平面处于低水位时暴露的paleowaters侵位的混合物。保护潜在的一些小离岸马耳他群岛与硅质碎屑的设置的新泽西,在最初的30 - 45%成交后保存一些小12 ka (托马斯et al ., 2019)。
四、地下水模拟的程度在过去冰川最大空间与海底形态曾被归因于海平面处于低水位时暴露的地下水渗流(图1)。这些形态包括:(i) theater-headed峡谷、由seepage-driven推断形成陆上边坡破坏与扩大关节和骨折上珊瑚石灰石,和底层蓝粘土蠕变(失物et al ., 2022),(2)生物丘之间的80和120 m低于海平面,已被解释为自生碳酸盐建筑相关渗流在海岸或海底浅(上演的et al ., 2022)。
诉估计体积的变大了地下水离岸马耳他群岛目前~ 1公里3。相比之下,~ 0.013公里3每年生产各种地下水来源在过去10年(Hartfiel et al ., 2020)。如果这些水需求保持不变,可以利用一些小的,后者将提供替代供应在岸地下水~ 75年(如果是盐分的一些小的一部分)。
5.2。一些小系统的响应气候变化和剥削
我。减少充电是一个关键因素,将减少的程度上侵一些小活动迅速充电在未来的100年。海平面上升,相比之下,扮演一个微不足道的角色。海平面处于低水位时暴露的年长一些小侵不充电或海平面的变化影响的时间,但是只有盐渍化。
二世。地下水抽40米的速度3/ d可以在距离可持续> 4公里的海岸。考虑到有许多井位于4公里的海岸几公共泵站和许多私人水井;(粮食和农业组织(FAO)的联合国,2006年;Sapiano 2015),我们推断可能已经无意中从一些小的陆上井在过去(例如,骑士et al ., 2018)。
三世。如果需要增加到满足泵送率较高的水需求在不久的将来,泵的距离> 4公里的海岸也将开始影响地下水透镜几何和导致海水入侵,所显示摩根et al。(2018)。然而,在极端的情况下,有可能利用一些小的重要卷定位井靠近海岸。利用微咸水的可能性(这需要海水淡化)代表一些小的解决方案被认为只有在陆上地下水的情况下身体不能使用或需要被保留下来。
5.3。限制
我。我们使用的是静态模型,地层学并不随着时间演变。在马耳他群岛这不是问题,因为基岩地质没有改变过去5 Ma。改变的是沉积和删除在基岩顶界面上薄薄的一层疏松的沉积物在冰川周期(失物et al ., 2013)。
二世。我们没有占地表排水和地下水补给的波动,因为这些不是well-constrained马耳他群岛过去(例如,Gambin et al ., 2016)。
三世。故障已被证明发挥重要作用在控制地下水的流态马耳他群岛,主要通过提高或降低地下水流动,根据流动方向(De Biase et al ., 2021)。缺点,及其对地下水的影响,没有考虑在我们的模型。
第四,岩溶特征也不考虑。这些是已知的在岸和离岸(发生失物et al ., 2013;Calleja Tonelli, 2019),预计将提供更快的地下水补给和盐渍化的身体。
诉我们必须使用2 d模拟来评估未来的场景,因为空间和时间分辨率要求高,不能使用3 d方法实现。
数据可用性声明
最初的贡献提出了研究中都包含在本文/辅料,可以针对相应的作者进一步询问。
作者的贡献
医学博士、FC和开发了本研究的主要概念。MD和FC的2 d数值模拟,而直流,CG和TZ实现了三维数值模拟。医学博士俱乐部,我解释建模结果和写的手稿,由直流了,CG和TZ。所有作者的文章和批准提交的版本。
资金
这个项目已经收到资金从欧洲研究委员会(ERC)在欧盟的地平线2020研究和创新计划(资助协议677898号(《马可福音》的)]。医学博士承认金融支持欧盟委员会在2014 - 2020年在其研究和创新,行动I.2人员的流动通知407号02.27.2018-AIM吸引力和国际Mobility-Line 1研究人员的流动性。
确认
我们感谢能源和水机构Mattia马蒂内利和丹尼尔·Spatola求助编译在岸地质数据库与建模和马克的人寻求帮助。我们感谢三个评论家深刻的评论。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
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关键词:离岸俗人的地下水数值模型、碳酸盐、进化、气候变化、马耳他群岛
引用:De Biase M, Chidichimo F,失物,科恩D,山墙C和茨温格宫T(2023)过去和未来进化onshore-offshore地下水系统的碳酸盐群岛:马耳他岛的情况下,中央地中海。前面。水4:1068971。doi: 10.3389 / frwa.2022.1068971
收到:2022年10月13日;接受:2022年12月12日;
发表:2023年1月04。
编辑:
Seifu Kebede Gurmessa南非夸祖鲁-纳塔尔大学版权©2023 De Biase Chidichimo,失物,科恩,山墙和茨温格宫。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。
*通信:Francesco Chidichimo
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