島礁地下淡水透鏡體的形成與演化過程研究取得新進展
中科院邊緣海與大洋地質重點實驗室綜合地球物理探測與巖石圈熱演化研究團隊，對島礁地下淡水透鏡體的形成演化過程研究取得新進展，相關研究成果最近發表在《水文學雜志》上。碩士研究生盛沖為該論文第一作者，導師許鶴華副研究員為通訊作者。
淡水透鏡體（Freshwater lens）是指在島嶼的地下，有一塊像凸透鏡一樣，中間厚四周薄的淡水層。淡水透鏡體既是島礁環境的重要組成部分，也是海島生態系統物質和能量運轉的重要載體。作為島礁上最為有限的資源之一，合理認識與利用這一地下淡水資源，對維護整個島礁生態系統的安全具有重要的現實意義。
研究人員結合前人的典型島礁地質剖面，利用地下水數值模擬手段系統展開了淡水透鏡體形成機理方面的研究，力圖揭示淡水透鏡體從無到有這一過程。研究發現島礁地下淡水透鏡體的形成可以分為三個階段：最初為淡水透鏡體的準備階段(Preparatory phase)，主要是自然因素對珊瑚砂的淋濾去除了其部分鹽分，為淡水透鏡體的形成奠定了基礎。此后，隨著大氣降雨的不斷入滲補給，島礁地下淡水透鏡體開始形成且厚度逐漸增加，這一階段可稱之為形成階段 (Formation stage)，其所需時間主要取決于淡水透鏡體的形成速率。第三為穩定階段(Steady stage)，此時島礁下方的淡水透鏡體的厚度不再發生明顯增加，主要隨著潮汐和降雨量的變化等呈現出周期性的上下浮動。
模擬研究還發現淡水透鏡體的形成過程主要受兩種動力學機制的影響，一種是長時間尺度的動力學機制，主要受控于大氣降雨的入滲補給及地下水的向海排泄。即淡水透鏡體的內部流速較大且從島礁中央指向邊緣，不斷將因彌散進入的咸水向外推移，以維持淡水透鏡體的產生及存在。另一種是短時間尺度的動力學特征，主要由潮汐產生，造成淡水透鏡體的垂直震蕩，加劇了咸淡水之間的彌散作用。該研究有助于完善島礁淡水透鏡體的理論體系，為島礁生態環境建設提供理論支撐。
該研究由中國科學院戰略性先導科技專項（XDA13010303）、南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）(GML2019ZD0104）項目和國家自然科學基金（91428205, 41376061）共同資助完成。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.124641
(a)全球珊瑚島礁部分地下淡水透鏡體的分布及厚度情況，(b)為南海主要的珊瑚島礁
珊瑚島礁地下水系統概念模型示意圖(a)及淡水透鏡體形成的主要階段劃分(b)
