科学家成功绘制了位于俄勒冈州中部喀斯喀特山脉顶部火山岩下储存的地下水，揭示出一个远比之前认为的更大的含水层——至少有81立方公里。这个发现对科学家和政策制定者在该地区如何处理水资源意义重大，尤其是在气候变化导致雪水储量下降、干旱加剧和美国西部资源日益有限的情况下。
尽管俄勒冈喀斯喀特山脉可能不包含黄金，但它们在另一种重要资源上却很丰富：水。
俄勒冈大学的研究人员与合作伙伴一起，已确定位于俄勒冈州中部喀斯喀特山脉火山形成物下方一个面积广阔的地下含水层，发现其规模远超之前的估计——至少有81立方公里。
这个水量几乎是米德湖最大容量的三倍，米德湖是沿科罗拉多河位置的一个严重枯竭的水库，为加利福尼亚、亚利桑那州和内华达州提供水源。它的体积也超过了塔霍湖一半的容量。
这一发现对科学家和政策制定者来说至关重要，特别是在美国西部由于雪水储量减少、干旱条件加剧和有限的水资源等因素导致水资源短缺问题日益严重之时。
此外，这项研究还增强了我们对该地区火山风险的理解。当岩浆与丰富的水相互作用时，更容易引发喷发，将灰烬和气体送入大气，而不是产生缓慢的熔岩流。
“就像在山顶岩石中被困的一个巨大的大陆湖，像一个大型水库一样运作，”负责此项研究的俄勒冈大学地球科学家莱夫·卡尔斯特罗姆表示，他与俄勒冈州立大学、福特刘易斯学院、杜克大学、威斯康星大学、美国森林服务局和美国地质调查局的研究人员共同合作。
“此外，哥伦比亚峡谷北部和夏斯塔山周围存在类似的大型火山含水层，这暗示着喀斯喀特山脉可能是全球最大同类含水层的栖息地。”
这些发现于1月13日发表在《国家科学院院刊》上。
大多数俄勒冈居民依赖于来自喀斯喀特山脉的水源。例如，麦肯齐河为尤金市的大部分饮用水提供来源，该河发源于高山上的清湖，一个由泉水供给的水体。然而，发现这个含水层的庞大规模是出人意料的。
“我们最初的目标是更清晰地理解喀斯喀特景观随时间的演变及其水流动情况，”共同作者、森林服务局地质学家戈登·格兰特解释道。“在我们的基础研究中，我们发现了一些公众较为关注的重要发现：在喀斯喀特山脉内积极储存的惊人水量，以及水流动与火山危害之间的相互关系。”
西部喀斯喀特山脉以其陡峭的坡度和河流雕刻出的深谷而闻名。相比之下，喀斯喀特山脉的高处则相对平坦，夹杂着湖泊和熔岩流等火山特征。喀斯喀特山脉本身经过数百万年的火山活动形成，导致高喀斯喀特的火山岩层明显比西部的岩石年轻。
因此，位于西喀斯喀特和高喀斯喀特之间的圣蒂安山口过渡区充当了一个自然实验室，揭示火山力量如何影响俄勒冈州的景观。
“驱动我们研究的并不仅仅是景观的可见差异，而是水在这些区域中的流动方式，”卡尔斯特罗姆评论道。
为了更深入地了解水如何在不同火山地区流动，研究小组利用了1980年代和1990年代启动的早期项目。过去的研究人员曾深入地下测量不同深度的温度，探索与遍布喀斯喀特的众多温泉相关的地热能。
通常情况下，温度会随着深度的增加而升高。然而，向下移动的水改变了这种温度梯度，使得深达一公里的岩石能保持与表面相似的温度。
通过研究深孔中的温度模式，卡尔斯特罗姆和他的团队能够推断出地下水通过火山岩裂缝渗透的深度，从而帮助绘制出含水层的规模。
之前对喀斯喀特水资源的评估仅关注泉水的流量和河流或溪流的流动。相比之下，卡尔斯特罗姆和他的同事们则更深入研究——不仅在文字上，也在字面意义上。然而，由于钻孔最初并不是为了这个地下水绘图目的而设立的，因此并未包括所有潜在的数据采集地点。因此，新提出的含水层规模只是最低估计，其实际体积可能更大。
尽管如此显著的含水层的发现令人振奋，卡尔斯特罗姆警告说，它仍然是一个有限的资源，需要仔细管理和进一步研究。
“目前存在一个活跃的地下水储存，但其可持续性和抵御变化的能力取决于有多少补充水量可用，”他提到。
这个含水层主要由降雪提供水源，预测显示高喀斯喀特的雪水储量可能在未来几十年显著下降。此外，更多的降水可能以雨水形式出现，这可能会影响高喀斯喀特含水层的补充水平。虽然该含水层可能能够承受年度降水的小幅波动，但如果出现长期不足的降雨或雪水储量将会带来更大的风险。
“这一区域有幸获得了一个地质宝藏，但我们仍在开始理解其复杂性，”格兰特指出。“如果我们经历无雪的年份或连续几个降雨不足的季节，那将带来什么后果？这些是我们现在必须应对的重要问题。”
这项研究由国家科学基金会和美国森林服务局资助。
