利用氡和营养物质质量平衡法研究印度坎尼亚库马里海岸的海底地下水排放及相关通量

波浪下的隐秘淡水

在许多海岸，包括印度南端，大量淡水通过海床悄然渗入海洋。这种看不见的流动称为海底地下水排放，它可以将支持生命的营养物质——也可能是污染物——从陆地输送到海洋。本文所依据的研究聚焦于阿拉伯海与印度洋交汇的坎尼亚库马里海岸，展示了如何通过追踪水中天然存在的一种气体来揭示这种隐秘流动发生的位置、强度以及对沿海生态系统和地方水安全的意义。

三海交汇的海岸

坎尼亚库马里区位于印度最南端，地形兼有岩质岬角、沙滩和由河流与湿地支撑的富饶河口。这里在西南季风和东北季风期间都会迎来大量降雨，为地下含水层补给。地表之下，风化岩层、砂层和粘土层储存的地下水被用于饮用和灌溉。但部分水从未到达井或河流；相反，它通过多孔的近岸沉积物直接渗入海中。由于这种交换发生在视线之外，了解它对一个已面临地下水短缺、海水入侵和来自农业、污水及工业的日益严重污染的地区尤为重要。

使用天然气体作示踪

为了测量隐秘的地下水向海洋的流入，研究者使用了氡‑222，这是一种在岩石和土壤中自然产生的放射性气体。地下水在流经地下矿物时会带上氡，因此通常比表层海水含有更多氡。研究团队在高潮和低潮期间、以及季风前后，从内陆井和海滩砂层孔隙水中采集水样，测量氡含量并分析基本水化学和关键营养物质。然后他们应用氡的“质量平衡”——一种把所有氡的来源和损失列账的方法——估算为解释观测到的浓度，必须有多少地下水渗入沿海水体。

地下水和营养物质的季节性脉动

测量结果显示，地下水中的氡比附近海水高出一到两个数量级，证实自下而上的渗漏是该海岸氡的主要来源。通过质量平衡方法，团队发现海底地下水排放量在约0.01到接近1立方米/平方米/日之间变化，季风降雨后值更高。季后补给抬高地下水位和压力，从而将更多水推出海洋。与此同时，化学特征显示高氡但低盐度的区域标志着更新的淡水输入，而高盐度且氡较低的区域则表明海水在海床内进出循环。

生命的食物——也是藻华的燃料

除了氡以外，研究者还追踪了溶解态氮、磷和硅——这些营养物质为海洋生物提供养分。他们发现这些营养物质在地下水中的浓度通常高于表层海水，并且它们通过地下水输送到海洋的强度随季节变化。季风前稀释较少时，地下水携带相对更多的可溶性氮和硅，增加了这些输入可能促进藻类暴发或导致近岸水域缺氧的风险。季风过后，虽然地下水流量更强，但稀释也更多，因此排放水体中的营养物质浓度反而较低，即便总体水通量增加。

对海岸与社区的意义

简而言之，该研究表明坎尼亚库马里海岸的海床像一个有漏洞的边界，地下淡水——有时清洁、有时受污染——持续进入海洋。作者用氡作为看不见的示踪剂，描绘出渗漏最强的位置、在干季与雨季间如何变化，以及它如何输送既能支持海洋食物网又可能过量危害它们的营养物质。结果表明，在受季风影响的地区管理沿海水质不能只依赖河流和地表径流；还必须考虑沙层下发生的过程。更好地控制化肥、废水和内陆地下水抽取，将直接影响近海海洋的健康状况。

引用: George, A.K., Gandhi, M.S., Muthukumar, P. et al. Submarine groundwater discharge and associated fluxes along the Kanyakumari coast of India using radon and nutrient mass balance approach. Sci Rep 16, 8655 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37950-9

关键词: 海底地下水排放, 近海含水层, 氡示踪剂, 营养物质通量, 阿拉伯海