山脈被稱為世界的“水塔”，山區(qū)河流對當(dāng)?shù)鼐用窈拖掠稳丝诙际侵陵P(guān)重要的水資源。目前，山區(qū)地下水已被公認(rèn)為是一種重要的水資源。世界上最具標(biāo)志性的山脈之一即包括日本富士山，也于2013年6月被聯(lián)合國教科文組織列入世界文化遺產(chǎn)名錄。

富士山在當(dāng)?shù)赜兄八健泵雷u(yù)。數(shù)千年來，從這座火山涌出的地下水和冰冷的地下水泉水為數(shù)百萬人提供了安全的飲用水，推動了旅游業(yè)的發(fā)展，并供應(yīng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在山的高海拔部分，豐富的降水補(bǔ)充了山兩側(cè)由巖石玄武巖組成的含水層，最終在富士山的山麓形成了無數(shù)的淡水泉。

目前的概念模型認(rèn)為，富士山是一個簡單的層流地下水流系統(tǒng)，三個含水層之間幾乎沒有垂直交換。即富士山的泉水被認(rèn)為完全由靠近地表的淺層地下含水層提供。然而，這一模型無法解釋富士山復(fù)雜的水文地質(zhì)學(xué)，以及近期的水質(zhì)下降，這被認(rèn)為與地下水污染有關(guān)。

瑞士巴塞爾大學(xué)的Oliver Schilling及其同事近期在國際期刊《自然-水》發(fā)表的一項(xiàng)研究挑戰(zhàn)了上述模型。他們提出，富士山千年來提供飲用水的巨大地下水和泉水網(wǎng)絡(luò)，是由深部含水層所滋養(yǎng)的。這些發(fā)現(xiàn)來自一種新的水文示蹤技術(shù)，研究者認(rèn)為，這或有助于我們理解富士山的水質(zhì)下降。

他們在研究中指出，傳統(tǒng)地下水位監(jiān)測方法和經(jīng)典水文學(xué)示蹤劑無法探測富士山不同深度地下水的垂直混合。為了調(diào)查可能的垂直混合，Schilling及其同事使用三種非常規(guī)的天然示蹤劑，即氦、釩和環(huán)境DNA（eDNA）。使用這些示蹤劑組合，他們發(fā)現(xiàn)了深層地下水注入的證據(jù)。

Schilling等人提出，根據(jù)泉水中發(fā)現(xiàn)的氦濃度，富士川河口斷層帶（the Fujikawa-kako Fault Zone）——日本構(gòu)造上最活躍的結(jié)構(gòu)——可能為垂直水流提供了通道。他們認(rèn)為，流動時間長的深層地下水上涌，可以解釋泉水中的高釩濃度。

Schilling等人還表明，在富士山泉中存在的微生物eDNA證實(shí)了其深層地下水來源，因?yàn)樵试S這一特定DNA的微生物生長的環(huán)境條件，目前僅在富士山極深處發(fā)現(xiàn)。

總體而言，上述這些發(fā)現(xiàn)表明深層的地下水注入了富士山的泉水。

修正的富士山水文地質(zhì)概念模型。圖摘自研究

加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)土木與資源工程系的Lauren Somers在同期刊發(fā)的新聞觀點(diǎn)文章中指出，這項(xiàng)研究中的三種示蹤劑以前都使用過，但像Schilling和同事所做的那樣，將它們組合在一起是新的。

Somers提到，如果單獨(dú)使用每個示蹤劑，將限制對其結(jié)果的解釋。但是氦、釩和eDNA的結(jié)果在富士山的調(diào)查地點(diǎn)相互關(guān)聯(lián)良好，這為作者的解釋提供了信心，即一些大氣地下水從深處涌出，穿過含水層之間的低滲透層，促成了泉水的流動。Somers同時指出，這些發(fā)現(xiàn)也證明了傳統(tǒng)水文地質(zhì)方法在某些情況下的缺點(diǎn)。

Schilling等人總結(jié)稱，理解富士山的這些通道和水流，可以為防止、管理地下水和泉水污染提供信息。

Somers同樣認(rèn)為，世界各地?cái)?shù)百萬人依賴因氣候變化而改變的山區(qū)水文系統(tǒng)，但在許多地區(qū)，山區(qū)地下水系統(tǒng)的內(nèi)部運(yùn)作仍不清楚，這妨礙了有效的地下水管理?！癝chilling和同事的研究為解決這一挑戰(zhàn)提供了見解和工具。”