헬륨, 바나듐 및 환경 DNA 추적자를 통해 후지산의 지하수 기원 재탐색

Nature Water 1권, 60~73페이지(2023)이 기사 인용

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현지에서 물의 산으로 알려진 일본의 상징인 후지산은 수천년 동안 지하수와 담수 샘으로 이루어진 광대한 네트워크를 통해 수백만 명의 사람들에게 안전한 식수를 제공해 왔습니다. 높은 고도에서 재충전된 지하수는 3개의 현무암 대수층 내에서 후지의 측면으로 흘러내려 궁극적으로 후지의 산기슭에 셀 수 없이 많은 깨끗한 담수 샘을 형성합니다. 여기서 우리는 세 개의 대수층 사이에 수직 교환이 거의 또는 전혀 없는 단순한 층류 지하수 흐름 시스템인 Fuji의 현재 개념 모델에 도전합니다. 이 모델은 유일하게 알려진 대륙 해구-해구-해구 삼중 접합점 위에 있는 독특한 위치, 복잡한 지질학 및 특이한 미생물 샘물 군집으로 인해 후지의 극도의 구조적 불안정성과 강하게 대조됩니다. 미생물 환경 DNA, 바나듐 및 헬륨 추적자의 독특한 조합을 기반으로 우리는 널리 퍼져 있는 심층 순환과 이전에 알려지지 않은 깊은 지하수가 후지 담수천에 기여한다는 증거를 제공합니다. 가장 실질적인 심층 지하수 용승은 일본에서 가장 구조적으로 활동적인 지역인 후지카와카코 단층대에서 발견되었습니다. 우리의 연구 결과는 후지산에 대한 수리지질학적 이해를 넓히고 지하수 과학을 위한 환경 DNA, 현장 비활성 가스 및 미량 원소 분석을 결합하는 엄청난 잠재력을 보여줍니다.

거의 완벽한 원뿔 모양을 지닌 일본의 화산 후지산(해발 3,776m(ASL))은 틀림없이 세계에서 가장 유명한 산일 것입니다1. 지역적으로 물의 산으로 알려진 후지산은 수천년 동안 풍부한 지하수와 지하수 공급원을 통해 수백만 명의 사람들에게 안전한 식수를 제공해 왔습니다. 풍부한 담수 자원은 후지산이 태평양 및 일본해에 가깝고 지구상에서 유일하게 알려진 대륙 해구-해구-해구 삼중 접합인 후지 삼중접합 위에 위치하는 독특한 위치로 인해 발생하는 다량의 강수량에서 발생합니다2 ,3,4(그림 1). 이러한 독특한 지질 환경으로 인해 후지산은 주로 현무암으로 구성되어 있으며 대부분 투과성이 낮은 안산암 마그마로 구성된 다른 호형 성층화산보다 훨씬 더 투과성이 높습니다5,6,7,8,9,10,11,12,13. 현무암을 통과하는 길이가 길기 때문에14 후지의 지하수는 매우 부드럽고 바나듐이 풍부하여 후지의 강은 지구상에서 바나듐이 가장 풍부한 강이 되었습니다15,16,17. 후지산은 매우 중요하여 유네스코 세계문화유산으로 지정되었으며18 여러 샘이 국가 천연 기념물로 지정되었습니다19,20,21.

왼쪽 위: 일본 중부의 아무르판, 오호츠크판, 필리핀해판 사이의 해구-해구-해구 삼중 접합점에 있는 후지의 위치. 오른쪽 위: 후지 집수지 지도, 4개의 하위 분지(남서쪽 하위 분지는 노란색으로 강조 표시됨), 남서쪽 및 남동쪽 하위 분지의 일반적인 지하수 흐름 방향, 주요 단층대, 현재 활성화된 지각 단층, 본 연구에서 얻은 샘플링된 장소와 모든 데이터 포인트 또는 문헌과 일본의 국가 지하수 데이터베이스에서 수집한 데이터 포인트. 샘플링된 사이트의 기호에 있는 검은 점은 eDNA 분석 위치를 나타냅니다. 하단: 남동쪽을 향한 후지산의 3D 지도. Fuji 유역이 강조 표시되고, 샘플링 지점과 남서부 및 남동부 하위 유역의 일반적인 흐름 방향이 표시됩니다. KMFZ = 고츠-마쓰다 단층대. 좌표계: WGS 84/Pseudo-Mercator. 합성 지도 출처: 위성 이미지161; 수치표고모델162; 빨간색 3D 음영기복도 지도163,164; 활성 구조적 단층 위치165; 판 경계와 주요 지각 단층43,166,167.

주민, 관광객, 산업계, 농업계의 물 수요가 계속 증가함에 따라 후지산의 깨끗한 물에 크게 의존하는 제품을 생산하는 프리미엄 식품 산업의 축소판이 발전했습니다. 남쪽 경사면에는 일본 최대 규모의 녹차 농장이 있고 동쪽 경사면에는 대형 위스키 양조장이 운영될 수 있는 이유는 부드럽고 고품질의 지하수가 지속적으로 많이 공급되기 때문입니다. 점점 더 성공을 거두면서 수많은 생수 회사는 이제 후지산 깊은 곳에서 퍼올린 바나듐이 풍부한 지하수를 건강한 미네랄 워터로 판매하고 있습니다22,23,24. 더욱이, 바나듐이 풍부한 물을 사케(니혼슈) 양조에 사용하면 원하지 않는 오래된 향기 화합물이 억제되는 동시에 원하는 단맛이 조성되는 것으로 밝혀졌습니다25,26, 이는 잠재적으로 Fuji 사케 양조장의 국제적 성공을 수상한 이유를 설명합니다27,28 .

20 km)6,11,12,80,81,82,83,84. Fuji consists of four volcanoes that grew on top of each other: Pre-Komitake (270–160 ka), Komitake (160–100 ka), Ko-Fuji (100–10 ka) and Shin-Fuji (10 ka to present)1,6,38,81,85,86. The deposits of the late Hoshiyama volcanic stage (100–17 ka) and deposits of the Fujinomiya and Subashiri stages (<17 ka)9,13,17,31,35,37,39,87,88,89 are of hydrogeological relevance. Late Hoshiyama deposits consist of basaltic lava, volcanic ash and respective mudflows, and host the deep Ko-Fuji aquifer. Ko-Fuji aquifer is confined on top by largely impermeable mudflow deposits (hydraulic conductivities between 10−6 m s−1 (horizontal) and 10−8 m s−1 (vertical); ref. 42), pyroclastic rocks and Fuji black soil of the final Hoshiyama and initial Fujinomiya stages6,9,17,37,38,81,85,90. The estimated hydraulic conductivity of Ko-Fuji aquifer is in the range of 10−5–10−7 m s−1 (refs. 9, 39, 42, 91). The Funjinomiya and Subashiri stage deposits host the shallow Shin-Fuji aquifer, which consist of multiple basaltic lava layers that form a complex and highly conductive network of porous material, fissures and clinkers7,17,31,37. The most recent volcanic ash and alluvial sand and gravel deposits of the Subashiri stage finish off the hydrogeological stratigraphy by hosting the uppermost Surficial aquifer31. The estimated hydraulic conductivities of the Shin-Fuji and Surficial aquifers are 10−2−10−5 m s−1 (refs. 9, 39, 42, 91). Underneath, the described hydrogeological system of Fuji is constrained by an approximately 10-km thick basement body of the Misaka-Tenshu group, which consists of impermeable submarine basaltic andesite and pyroclastic material52. The FKFZ, Japan's tectonically most active structure, is located along the west and southwest foot of Fuji and passes the city of Fujinomiya10,43,44,45. These active tectonic faults are characterized by complex fissure and clinker networks, which might allow groundwater, solutes and small particles to be transported in a non-laminar fashion and make their flow paths very difficult to identify. Hydrogeological properties of the FKFZ, as well as its effect on groundwater dynamics and flow paths, have not been systematically investigated and, while geologically relatively well understood45, its hydrogeological behaviour remained unknown before our study./p>