Unsaturated zone pore water has the potential to record history of recharge, palaeoenvironment, pollution movement and water-rock interaction as it percolates through and moves towards the water table. In this study, two 6-m cores from the Badain Jaran desert (NW China) were collected to explore this potential using directly extracted moisture. Pore waters in these unsaturated zone sediments (1-5% moisture by wet weight) were directly extracted using immiscible liquid displacement and then analysed for major anions, cations and trace elements. Results show enrichment in pore water chemistry in the top 1-2 m where strong temperature and moisture fluxes occur. The enrichment in cations relative to chloride is primarily due to silicate mineral dissolution during infiltration. High nitrate and low iron concentrations indicate the overall oxidizing environment, which allows the mobility of oxyanions, such as uranium, arsenic and chromium. The trace elements show enrichment in the upper zone of fluctuation where chemical gradients are strong, but with lesser reaction lower in the profile. The calculated groundwater recharge rates using the chloride mass balance are negligible in this arid region between 1.5 and 3.0 mm/year. The modern rainfall infiltration signature contrasts with that of the underlying groundwater body, which has a distant, regional recharge signature. This reconnaissance study demonstrates the potential for a new geochemical approach to studying geochemical processes in the unsaturated sediments in semi-arid environments due to both natural and human influences. The use of directly extracted water, rather than extraction by dilution (elutriation), facilitates an improved understanding of hydrological and geochemical processes in the unsaturated zone and into the capillary fringe at the water table, because it avoids potential chemical changes induced during elutriation

چکیده

آب منفذی منطقه غیر اشباع، نظر به اینکه به سمت سطح ایستایی تراوش و حرکت می کند، دارای پتانسیل ثبت تاریخچه تغذیه (شارژ)، محیط دیرینه، حرکت آلودگی و برهم کنش آب-سنگ است. در این مطالعه، دو مغزه 6 متری از بیابان Badain Jaran (شمال غربی چین) برای کشف این پتانسیل با استفاده از رطوبت مستقیما استخراج شده، جمع آوری گردید. آب های منفذی در این رسوبات مناطق غیراشباع (1-5% رطوبت در وزن تر) به طور مستقیم با استفاده از جابجایی مایع امتزاج ناپذیر استخراج شده و سپس از نظر آنیونها، کاتیونها و عناصر کمیاب اصلی آنالیز شدند. نتایج بیانگر غنی شدگی شیمی آب منفذی در 1-2 متر بالایی، که در آنجا جریانات دما و رطوبت قوی رخ می دهد، می باشد. غنی شدگی کاتیونها نسبت به کلرید در درجه اول به دلیل انحلال کانی سیلیکات در حین نفوذ است. غلظت های نیترات بالا و آهن کم نشان دهنده محیط اکسید کننده کلی است، که تحرک اکسی آنیونها (آنیون های اکسیژن دار)، از قبیل اورانیم، آرسنیک و کروم را مقدور می سازد. عناصر نادر یک غنی شدگی در منطقه بالای نوسان نشان می دهند که در آن گرادیان های شیمیایی قوی هستند، اما دارای واکنش کمتر در نیمرخ می باشند. نرخ های محاسبه شده تغذیه آب های زیرزمینی با استفاده از موازنه جرم کلرید در این منطقه خشک بین 1.5 و 3 mm/year (میلی متر بر سال) قابل اغماض هستند. اثر نفوذ/تراوش بارش های اخیر با اثر تراوش توده(های) آب های زیرزمینی زیرین، که دارای یک اثر شارژ منطقه ای دور می باشد، در تضاد است. این مطالعه اکتشافی پتانسیل یک رویکرد ژئوشیمیایی جدید برای مطالعه فرایندهای ژئوشیمیایی را در رسوبات غیر اشباع در محیط های نیمه خشک به دلیل اثرات طبیعی و انسانی نشان می دهد. استفاده از آب مستقیما استحصال شده، به جای استخراج توسط رقیق سازی (خاکشویی)، درک بهتر فرآیندهای هیدرولوژیکی و ژئوشیمیایی در منطقه اشباع نشده و در داخل حاشیه موئینه در سطح ایستایی را تسهیل می نماید، زیرا از تغییرات شیمیایی بالقوه-ی تحمیل شده در طول خاکشویی جلوگیری می نماید.

1-مقدمه

بارش هایی که به خاک نفوذ می کنند قبل از شارژ آب های زیرزمینی از طریق مناطق اشباع نشده (USZ) حرکت می کنند. ویژگی های ژئوشیمیایی رطوبت شارژکننده در داخل USZ طیف وسیعی از کاربردهای بالقوه دارند –که عبارتند از: 1) قادر ساختن برآورد نرخ تغذیه آبهای زیرزمینی؛ 2) حفظ اطلاعات مربوط به شرایط هیدرولوژیکی اقلیمی سابق و کاربری زمین؛ 3) بررسی آلودگی در عبور/گذر به سطح ایستایی، که اطلاعات برای حفاظت منبع فراهم می کند و 4) ارائه یک نگاشت از برهم کنش آب-سنگ و کسب املاح برای شرب و استفاده های دیگر...