نفوذ آب رودخانه به چشمه ها به ذخیره سازی تراکمی در سیستم های آواری، که در آن ذخیره سازی موقت از آب های سطحی در مخازن رودخانه ها، می تواند دوره های افزایش واکنش پذیری biogeochemical را آغاز کند، شباهت دارد (McClain و همکاران، 2003؛ Gu و همکاران، 2012). گرچه نفوذ آب رودخانه به سفره های آب کارستی متفاوت از ذخیره تراکمی در سفره آواری به علت وجود خطوط مجرایی در سفره کارست، ترکیب آبهای زیرزمینی و محل قاچ پتانسیل واکنش است. ذخیره سازی تراکمی به طور کلی به ورود رسوبات نفوذ پذیر مجاور به داخل کانال رودخانه محدود می شود (به عنوان مثال، Gu و همکاران، 2012). در سیستم های کارستی، خطوط مجرایی اجازه می دهند تا آب رودخانه تا صدها هزار متر به داخل آبخوان و در اعماق تا ده ها متر زیر تراز سطح آب، جریان یابند (Alberic، 2004؛ Gulley و همکاران، 2011). در سنگ آهکی که نفوذپذیری ماتریس کم است، ذخیره سازیِ آب نفوذ کرده عمدتا در بخش های پر از هوای مجاری رخ می دهد (Hess و همکاران، 1989). در سنگ آهکی که نفوذپذیری ماتریس بالا می باشد، نفوذ رودخانه می تواند در مقیاسی بزرگتر رخ دهد؛ چرا که تغییر در شیب هیدرولیکی بین مجاری و ماتریس آنها سبب ذخیره سازی و جریان از ماتریس آبخوان مجاور به خطوط مجرا می شود (Martin و همکاران، 2006؛ Wong و همکاران. ، 2012).

مقدار بزرگی واکنش های ناشی از ذخیره سازی و  نفوذ آب رودخانه های موقت، توسط ترکیب های شیمیایی در تعامل با آب، هیدرولوژی سیستم، ترکیب مواد آبخوان، و مدت زمانی که آب در آبخوان می تواند ذخیره شود، کنترل گردیده است، اما رابطه بین نفوذ رودخانه و انواع و مقدار واکنش ها مورد بررسی قرار نگرفته است. واکنش های ناشی از نفوذ آب های سطحی در محیط های که در آن رودخانه به طور مداوم آب را به سمت آبخوان های مجاور از دست داده، مانند محیط های نفوذ تراکمی و سینک رودخانه ها مورد مطالعه قرار گرفته است (Alberic و Lepiller، 1998؛ Bourg و Bertin، 1993). در این محیط، DOC مزاحم در امتداد شیب اکسایش کاهش، اکسید شده است (جدول 1، واکنش 1-3) (Jacobs و همکاران، 1988؛ Farnsworth و Hering، 2011). واکنش های مشابه در سینک رودخانه ها با ورود به سفره های آب کربناتی رخ می دهند، اما علاوه بر این، CO2 تولید شده توسط اکسیداسیون DOC منجر به هیدرات دی اکسید کربن، و افزایش انحلال کلسیت خواهد شد (جدول 1، واکنش 4) (Alberic و Lepiller، 1998، Katz و همکاران، 1998). مطالعاتی مشابه از واکنش های ناشی از ذخیره سازیِ موقت و گذرا از آب رودخانه ها در سفره های کربناته وجود ندارند.

همراه با املاح مهم و آب های سطحی مزاحم، همچنین فلزات کمیاب به داخل سفره های آب کارست، جایی که آنها تجمع می کنند انتقال می باند (Vesper و White، 2003، 2004). این فلزات کمیاب ممکن است به صورت ریز مغذی ها و یا سموم، بسته به غلظت و گونه خود، در نتیجه برای کیفیت هر دو آب سطحی و آب های زیرزمینی بسیار مهم باشند. فلزات کمیابی مانند آهن، منگنز، مس، نیکل و سرب در بسیاری از اشکال مختلف در سطح آب، از جمله فاز محلول و کلوئیدی، و کلات با ذرات مواد آلی می توانند موجود باشند (Gibbs، 1973؛ Tipping و همکاران، 1998؛ Allard و همکاران، 2004؛ Hartland و همکاران، 2012؛ Karlsson و Persson، 2012). بخش عمده ای از آهن ایجاد شده به عنوان ذرات تعلیقی توده، تجمع یافته؛ و به عنوان کنگلومراهای ذرات آلی و غیر آلی با یکدیگر تعریف شده، و توسط یک چارچوب بیولوژیک ارائه می گردند (Droppo و همکاران، 1997؛ Aiken و همکاران، 2011؛ ​​Plach و همکاران، 2011). ذرات توده انباشته می توانند برای غلظت فلزات مهم باشند، به این دلیل که آشفتگی در طول نفوذ آب های سطحی می تواند مواد معلق را به عمق زیرین زمین انتقال دهد (Atteia و همکاران، 1998؛ Mahler و Lynch، 1999؛ Vesper و White، 2003؛ Hartland و همکاران 2012).

 سرنوشت این مواد کمیاب ممکن است در طول و پس از نفوذ آب های سطحی متفاوت باشد. آزمایش بررسی نفوذ آب های سطحی به زیر سطح زمین این نتیجه را در بر داشت که غلظت آهن در آب به علت جذب و ایجاد توده ها کاهش یافته است، اما دیگر فلزات کمیاب مانند مس، سرب، احتمالا توسط اکسیداسیون مواد آلی تجمیع شده اند (Jacobs و همکاران، 1988؛ Atteia و همکاران، 1998، 2001).

 رسوب فلزات کمیاب نیز اغلب در مرزهای اکسایش کاهش در غارهای پر از هوا و نیمه مستغرق رخ می دهد (White و همکاران، 2009؛ Florea و همکاران، 2011؛ Frierdich و همکاران، 2011؛ ​​Frierdich و Catalano در 2012). این رسوبات اکسید آهن/منگنز حاوی غلظت بالایی از مس، نیکل و سرب می باشند (White و همکاران، 2009 هستند؛ Frierdich و همکاران، 2011؛ Frierdich و Catalano در 2012). مشابه رسوبات اکسید آهن/منگنز در سیستم های سطح ایستابی غار که در معرض نفوذ تناوبی آب رودخانه بوده اند گزارش شده است (Martin، 1990)، اما اطلاعات زمانبندی و مکانیسم شکل گیری آن در دست نیست. اینکه آیا فلزات کمیاب در نفوذ آب های سطحی به سیستم سطح ایستابی غار، به شکل تجمیع یا به شکل تجزیه شده می باشند، و یا سوئیچی بین فرم تجمیع و فرم تجزیه در طول زمان، نیز مشخص نیست. درک از چگونگی تغییر در غلظت فلزات کمیاب در طول و بعد از نفوذ آب های سطحی جهت پیش بینی تاثیر نفوذ و ذخیره سازی رودخانه بر روی کیفیت آب بسیار مهم است.

در این مطالعه ما، زمان بندی و میزان اکسیداسیون کربن آلی، انحلال کلسیت، و تجمیع و تجزیه فلزات کمیاب، ناشی از نفوذ و ذخیره سازی موقت آب رودخانه در سفره های کارستی در طول دوره تجدید چشمه ها را بررسی کرده ایم. ما این واکنش ها را با استفاده از نمونه های جمع آوری شده از سنسورهای شیمیایی و ترکیب های شیمیایی در طول جریان پایه و از طریق یک رویداد نفوذ رودخانه در چشمه Madison Blue در شمال مرکزی فلوریدا بررسی کرده ایم.

ترجمه از: بهزاد سرهادی