[摘要]海洋底部的地下水与海洋的水交换在决定海洋水域的化学成分方面有着重要作用，当地下淡水从海底渗出并进入海洋水体，淡水会在高浓度咸水包围下呈现出上升的趋势，淡水和咸水在这个过程中互相交混，形成沿海岸线的流体交换。这种存在于海洋底部的地下水交换最近被描述为“地下三角洲”是指海洋中充满咸水和淡水的混合区域，与河流进入海洋的入海口相似。美国马萨诸塞州利用新技术研究海洋“地下三角洲”，研究表明，这种过程不仅仅是陆地与海洋间的水量交换，进入海洋的地下水入流非常关键，因为那些入流常常溶解有大量营养物质和污染物，海洋中出现如云雾状分布的污染和充满海藻的水体通常由太多的污染物或者营养造成的，可能由各种看不见的营养输入造成的。

　　[关键词] 地下三角洲 新技术研究 地下水 海洋 污染

　　全球能被人类利用的淡水有97％存在于地下，这么多的地下水如同一个地下水库有时也向海洋渗透，实际上当地下水与海洋存在着水利通连的时候，海底地下水能与海洋中的咸水进行交换，海洋中的咸水也能向陆地方向渗透，造成海洋咸水侵入地下淡水。

　　由于很多人偏好于海滨生活，人们对地下水和海水相互作用的理解越来越重视。相关的问题包括：从陆地流向海洋的地下水有多少？流入海洋底部的地下水携带了什么物质？人类活动如何影响地下水质和海滨生态等。

　　人类以往的海滨地下水研究偏重于海域咸水入侵内陆淡水的过程，因为那会对饮用水供应有着严重的影响，人们对海底地下水流入海洋水体关心甚少，主要因为科学家认为，与河流和其它地表水的入流相对，这个数量毕竟是少数，从统计分析的角度，这种认为是对的，从海洋底部渗透到海洋水体的地下水只占进入海洋淡水总量的5％-10％。

　　最近，海底地下水交换引起了人们更多的重视，因为新的研究表明，这种过程不仅仅是陆地与海洋间的水量交换，进入海洋的地下水入流非常关键，因为那些入流常常溶解有大量营养物质和污染物，海洋中出现如云雾状分布的污染和充满海藻的水体通常由太多的污染物或者营养造成的，可能由各种看不见的营养输入造成的。

　　1、水溶解与水搬运

　　海洋底部的地下水与海洋的水交换在决定海洋水域的化学成分方面有着重要作用，当地下淡水从海底渗出并进入海洋水体，淡水会在高浓度咸水包围下呈现出上升的趋势，淡水和咸水在这个过程中互相交混，形成沿海岸线的流体交换。这种存在于海洋底部的地下水交换最近被描述为“地下三角洲”是指海洋中充满咸水和淡水的混合区域，与河流进入海洋的入海口相似。

　　存在于内陆和金海滨的各种水体反应和变化能够影响通过“地下三角洲”进入海洋的水流所溶解的化学物质中氮、磷和其他污染物可能会通过多种机制而进入到地下水中，例如：废物和营养物质通过污水系统的渗透、降雨径流携带磷污染物穿透地下含沙层进入地下水系统，最终的情况是，这些进入地下水的化学污染物和地表径流一样向着海洋的方向流动，造成海洋水体的污染。

　　一旦这些被溶解的化学物质到达海洋水体，它们能影响大量植物的生长，和其它物种的正常生活，例如：地下水所含有的氮的浓度可能是海水含氮浓度的100到1000倍，从各种人类活动所产生的氮已经造成了很多海湾或海滨的富营养化。

　　2、岩石和石块下的流动

　　地下水的流动通常跨越很大的空间和经历很长的时间，不像地表三角洲，水的流动被地形限制在水平方向上，例如高山和河岸能将水流约束在河槽中，而地下水的流动则需要穿过地壳的碎屑、沙层，地下地理结构在影响地下水流动的方向和速度方面起着重要作用。

　　海洋地下水交换的模式由一系列相互作用的因素所决定，包括水力学、化学、地理和人类活动等方面。研究人员研发了各种新的技术以精确估测海洋地下水交换的流量，要解开交织影响海洋地下水交换的结，需要科学家们跨领域的合作，使化学家和地理学家合作，水文学家和数学家合作创建模型等。

　　例如，模型对调研和综合分析地下水交换系统的复杂性很有用，对预测人类活动的效果也很有用，模型在水文特征和地下地理特征如何影响地下水流动方面提供理想化的数学描述。然而将这些模型与现实结合起来，则需要精确合理的地下三维模拟图。

　　这种三维模拟图形需进行野外采样和向地下钻孔，这个工作量很大，而工程花费也是很高的，地下钻孔所获得的数据要求要有很高的精度，科学家需要“看”到精确到1厘米小间隔的地下地理特征，但是，地下每一个钻孔只代表某一位置的一个非常小的泥沙样本。

　　研究人员也使用一些高科技的地理技术，例如能够穿透地下的雷达、电磁阻力和地震学方面的研究等，主要是利用岩石和泥沙的磁特征和声波传播特征来研究地下的大范围的区域，这方面的技术现在花费不再是那么昂贵了，新技术的实施对环境的侵害程度也有所降低，使大面积三维地下图形生成成为可能。

　　但是，这些工具只能为我们提供地下地理特定的物理信息，它们并不告诉我们地下是何种类型的泥沙，为了达到这个目的，我们必须具有直接样本（例如打孔获得的信息），这样，研究人员就能将这些数据与地理信息数据进行关系连接。

　　图形化地下环境和图形展示地下环境对地下水流的影响最好的办法是将地面钻孔采样和高科技地理技术相结合，通过地下钻孔进行地理调查，研究人员能够收集足量的数据来建立虚拟现实的地下三维模拟图形，并且使研究人员的“地下三角洲”模型更加接近现实。

　　3、海洋底层的水

　　当我们绘制好了地下地理特征的三维模拟地图后，我们就能得到一个地下系统的较为精确的模拟，甚至能看清地下水是如何流入海洋的，出流的速度是多少，以及地下水体流动的快慢等。

　　空气热感成像原理用以探测地下水与地表水的温差，这项技术在定位海洋地下水体交换方面起着越来越重要的作用。 例如，美国的科德角，地下水的温度常年约将在10-15度，而海洋基层水温的变化范围是夏天最高在25度，而冬季最低到0度，通过使用安装在飞机或者飞艇上的红外线相机，研究人员能够探测这种温度反差，并且能够观察到在那里存在着地下水与海洋水的交换，根据这个信息，研究能更正地下水交换的模式，并且标注上正确的水文学和地理学特征，观测的结果为研究人员提供重要线索，以确定海洋地下水交换的控制因素，并且为以后的野外采样提供目标。

　　热感成像只能告诉研究人员在哪里存在着海洋地下水交换，但并不能测出海洋地下水交换的速度，为了定量研究这个问题，研究人员不得不借助于化学跟踪剂，这个概念相对简单：在地下水交换的区域，研究人员监测和跟踪地下水中化学物质的浓度和不同表现特征，从而推断海洋地下水交换的速率。

　　岩石中自然发生的同位素，镭和氡在监测海洋地下水文交换的速率方面很有用，镭和氡能从岩石和泥沙中渗出包围到地下水体周围，它们常会聚积，它们不会循环或由于暴露于海水而减少。

　　4、海洋地下水的测量

　　有一种古老但却完善的地下水测量方法，最近被赋予了新的生命，即渗透表法，发明于20世纪70年代，一个渗漏表实际是将能装55加仑水鼓的上端置于地下水从海底泥沙涌出的地方，渗出的地下水充满塑料袋并连接到水鼓，水鼓在单位时间内所“捕捉”到的出渗地下水即可估测海洋地下水出流速度。

　　古老渗漏表法测量海洋地下水出流速率的问题，在于时间和动力方面，如果你要测量24小时的流速，你必须24小时地站在仪器旁边，长时间的观测将是令人疲劳的，更不用说浪费了宝贵的研究时间于这种看孩子般的劳动中。

　　最近几年，研究人员研制了一种自动渗透测量表，允许研究人员长达一星期的自动连续测量，甚至能进行远程测量，现在能够在获得高分辨率、长历时的海洋地下水交换数据的同时，研究人员还可以在实验室中忙于其它问题，美国地理调查署在佛罗里达的海洋地下水研究项目就是这样进行的。

　　5、重返蓝天碧海

　　海滨区域的地下水于海水相互作用的研究在世界很多地方都进行过，包括美国东南海岸、地中海、澳大利亚和美国的科德角等。所有这些地方的研究共同表明，海洋地下水入流所含有的溶解物质是海洋新元素的重要来源，然而，与之相关的地理学和化学方面的相关研究却很少。