富士山水质为何下降？理解和管理这些世界“水塔”有了新策略

山脉被称为世界的“水塔”，山区河流对当地居民和下游人口都是至关重要的水资源。目前，山区地下水已被公认为是一种重要的水资源。世界上最具标志性的山脉之一即包括日本富士山，也于2013年6月被联合国教科文组织列入世界文化遗产名录。
富士山在当地有着“水之山”美誉。数千年来，从这座火山涌出的地下水和冰冷的地下水泉水为数百万人提供了安全的饮用水，推动了旅游业的发展，并供应了农业生产。在山的高海拔部分，丰富的降水补充了山两侧由岩石玄武岩组成的含水层，最终在富士山的山麓形成了无数的淡水泉。
目前的概念模型认为，富士山是一个简单的层流地下水流系统，三个含水层之间几乎没有垂直交换。即富士山的泉水被认为完全由靠近地表的浅层地下含水层提供。然而，这一模型无法解释富士山复杂的水文地质学，以及近期的水质下降，这被认为与地下水污染有关。
瑞士巴塞尔大学的Oliver Schilling及其同事近期在国际期刊《自然-水》发表的一项研究挑战了上述模型。他们提出，富士山千年来提供饮用水的巨大地下水和泉水网络，是由深部含水层所滋养的。这些发现来自一种新的水文示踪技术，研究者认为，这或有助于我们理解富士山的水质下降。
他们在研究中指出，传统地下水位监测方法和经典水文学示踪剂无法探测富士山不同深度地下水的垂直混合。为了调查可能的垂直混合，Schilling及其同事使用三种非常规的天然示踪剂，即氦、钒和环境DNA（eDNA）。使用这些示踪剂组合，他们发现了深层地下水注入的证据。
Schilling等人提出，根据泉水中发现的氦浓度，富士川河口断层带（the Fujikawa-kako Fault Zone）——日本构造上最活跃的结构——可能为垂直水流提供了通道。他们认为，流动时间长的深层地下水上涌，可以解释泉水中的高钒浓度。
Schilling等人还表明，在富士山泉中存在的微生物eDNA证实了其深层地下水来源，因为允许这一特定DNA的微生物生长的环境条件，目前仅在富士山极深处发现。
总体而言，上述这些发现表明深层的地下水注入了富士山的泉水。

修正的富士山水文地质概念模型。图摘自研究

加拿大达尔豪斯大学土木与资源工程系的Lauren Somers在同期刊发的新闻观点文章中指出，这项研究中的三种示踪剂以前都使用过，但像Schilling和同事所做的那样，将它们组合在一起是新的。
Somers提到，如果单独使用每个示踪剂，将限制对其结果的解释。但是氦、钒和eDNA的结果在富士山的调查地点相互关联良好，这为作者的解释提供了信心，即一些大气地下水从深处涌出，穿过含水层之间的低渗透层，促成了泉水的流动。Somers同时指出，这些发现也证明了传统水文地质方法在某些情况下的缺点。
Schilling等人总结称，理解富士山的这些通道和水流，可以为防止、管理地下水和泉水污染提供信息。
Somers同样认为，世界各地数百万人依赖因气候变化而改变的山区水文系统，但在许多地区，山区地下水系统的内部运作仍不清楚，这妨碍了有效的地下水管理。“Schilling和同事的研究为解决这一挑战提供了见解和工具。”