Use of a vertical δ18O profile to constrain hydraulic properties and recharge rates across a glacio-lacustrine unit, Nantucket Island, Massachusetts, USA
Use of a vertical δ18O profile to constrain hydraulic properties and recharge rates across a glacio-lacustrine unit, Nantucket Island, Massachusetts, USA
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使用垂直 δ18O 剖面来限制美国马萨诸塞州楠塔基特岛冰川湖单元的水力特性和补给率
DOI：
10.1007/s10040-011-0795-1
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发表时间：
2012
影响因子：
2.8
通讯作者：
M. Willett
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
M. Person;Andee Marksamer;B. Dugan;P. Sauer;Kyle B. Brown;D. Bish;K. Licht;M. Willett
A vertical δ18O profile was measured through a glacio-lacustrine confining unit on Nantucket Island (USA) in order to constrain vertical infiltration rates when Glacial Lake Nantucket was filled (17–19 thousand years (ka) BP) and after the lake drained. Pore fluids throughout the deposit were found to have a nearly uniform δ18O isotopic composition (−9.3 to −6.3‰) similar to modern precipitation. The porosity (0.35), permeability (10–15 m2), and solute diffusivity (2 × 10–10 ± 1 × 10–10 m2/s) of these silt-dominated glacio-lacustrine deposits were measured in order to quantify flow rates. A paleohydrologic model was developed across Nantucket Island to reconstruct vertical flow rates through the glacio-lacustrine sediments between 19 and 0 ka BP. Results indicate that the vertical Darcy flux through this confining unit varied by a factor of about 16, from about 0.08 m/y during lake-level high stands (17–19 ka BP) to 0.005 m/y once the lake drained. Models of Holocene isotope transport through these lacustrine deposits suggest that all of the isotopically depleted (δ18O < −20‰) glacial meltwater would have been flushed by advection in less than 200 years. These findings suggest that significant amounts of glacial meltwater (~64 million m3/y over 2,000 years) could have recharged the continental shelf.RésuméUn profil vertical δ18O a été mesuré à travers une unité de confinement glacio-lacustre sur l’Ile de Nantucket (USA) pour encadrer les taux d’infiltration verticale à l’époque du remplissage du Lac Glaciaire de Nantucket (17–19 milliers d’années BP) et après qu’il ait été drainé. Les fluides des pores montrent une composition isotopique δ18O presque uniforme (−9.3 to −6.3‰) dans tout le dépôt, comparable aux précipitations modernes. La porosité (0.35), la perméabilité (10–15 m2), la diffusivité de soluté (2 × 10–10 ± 1 × 10–10 m2/s) de ces dépôts glacio-lacustres dominés par des silts ont été mesurées pour quantifier écoulements. Un modèle paléo-hydrologique a été développé couvrant l’Ile de Nantucket pour reconstituer les flux verticaux à travers des sédiments glacio-lacustres entre 19 et 0 milliers d’années BP. Les résultats indiquent que les flux verticaux de Darcy au travers de cette unité de confinement varient d’un facteur 16 environ, depuis environ 0.08 m/an lors des eaux hautes du lac (17–19 milliers d’années BP) jusqu’à 0.005 m/an une fois le lac drainé. Les modèles de transport isotopique à travers ces dépôts lacustres durant l’Holocène suggèrent que la totalité des eaux de fonte glaciaire appauvries en isotopes (δ18O < −20‰) aurait été chassée par advection en moins de 200 ans. Ces résultats suggèrent que des quantités significatives d’eau de fonte glaciaire (~64 millions de m3/an sur 2,000 ans) pourraient avoir rechargé le plateau continental.ResumenSe midió un perfil vertical de δ18O a través de una unidad glaciolacustre confinante en Isla Nantucket (EEUU) con el objeto de limitar la tasa de infiltración vertical cuando el lago glacial Nantucket fue llenado (17–19 miles de años antes del presente (ka) AP) y luego del drenado del lago. Se encontró que los fluidos porales a lo largo del depósito tienen una composición isotópica de δ18O casi uniforme (−9.3 a −6.3‰) similar a la precipitación moderna. Se midieron la porosidad (0.35), la permeabilidad (10–15 m2), y la difusividad del soluto (2 × 10–10 ± 1 × 10–10 m2/s) de estos depósitos glaciolacustres predominantemente limosos con el objeto de cuantificar las tasas de flujo. Se desarrolló un modelo paleohidrológico a través de la isla de Nantucket para reconstruir la tasa de flujo vertical a través de los sedimentos glaciolacustres entre 19 y 0 ka AP. Los resultados indican que el flujo vertical de Darcy a través esta unidad confinante variaron en un factor de alrededor de 16, desde alrededor de 0.08 m/año durante los estadios de niveles altos del lago (17–19 ka AP) a 0.005 m/año una vez que el lago drenó. Los modelos de transporte de isótopos del Holoceno a través de estos depósitos lacustres sugieren que toda el agua de derretimiento glacial isotópicamente empobrecida (δ18O < −20‰) habría sido lavada por advección en menos que 200 años. Estos resultados sugieren que cantidades significativas de agua de derretimiento glacial (~64 millones de m3/año para 2,000 años) podrían haber recargado la plataforma continental.摘要本文通过测量美国Nantucket岛冰川-湖泊不透水层垂向18O剖面,以限制Nantucket岛冰川湖满水时(17000–19000年(ka) BP)和排水时的垂向入渗速率。沉积物中的孔隙水中18O同位素组分大体一致(−9.3 到–6.3‰),与现代降水相似。为量化流动速度,本文测量了以淤泥为主的冰川-湖泊沉积物的孔隙率(0.35),渗透率(10–15 m2)以及溶质扩散系数(2 × 10–10 ± 1 × 10–10 m2/s)。并建立Nantucket岛的古水文模型,以重现19到0kaBP间通过冰川-湖泊沉积物的垂向流动速率。结果表明通过这一不透水层的垂向达西流变化很大,从湖水位高时(17–19 ka BP)的0.08 m/y到湖水排干时的0.005 m/y。湖泊沉积物的全新世同位素运移模拟表明同位素贫化(18O < −20‰)的冰川融水在不到200年的时间里通过平流被冲走。这些发现表明大量冰川融水(2,000年里以每年 64百万立方米的速度 )补给到大陆架。ResumoFoi medido um perfil vertical de valores de δ18O ao longo de uma unidade confinante glacio-lacustre na ilha de Nantucket (EUA) de modo a definir as taxas de infiltração vertical quando o Lago Glaciar Nantucket foi inundado (há 17–19 milhares de anos) e após o lago ter sido drenado. Descobriu-se que os fluidos existentes nos poros ao longo do depósito têm uma composição isotópica em δ18O quase uniforme (−9.3 a–6.3‰), e similar à precipitação actual. A porosidade (0.35), permeabilidade (10–15 m2) e a difusividade dos solutos (2 × 10–10 ± 1 × 10–10 m2/s) destes depósitos glacio-lacustres predominantemente siltosos foram medidas de modo a quantificar as velocidades de fluxo. Foi desenvolvido um modelo paleohidrológico ao longo da ilha de Nantucket para reconstruir as velocidades verticais de fluxo através dos sedimentos glacio-lacustres, entre há 19 mil anos atrás e a actualidade. Os resultados indicaram que o fluxo vertical de Darcy ao longo desta unidade confinante variava por um factor de cerca 16, desde 0.08 m/ano durante o período de maior altura das águas do lago (há 17–19 mil anos), a 0.005 m/ano, a partir do momento em que o lago foi drenado. Os modelos de transporte isotópico através destes depósitos lacustres sugerem que toda a água de degelo glaciar isotopicamente empobrecida (δ18O < −20‰) tenha sido eliminada por advecção em menos de 200 anos. Estas descobertas sugerem que quantidades significativas de água de degelo glaciar (~64 milhões m3/ano em 2,000 anos) poderão ter recarregado a plataforma continental.