ما نقشه های بهتری از سطوح زهره، مریخ و ماه نسبت به بستر دریای زمین داریم. حتی اطلاعات کمتری در مورد ساختار زمین شناسی زیر بستر دریا در دسترس است. به طور خاص، منطقه انتقال در اعماق زیر خط ساحلی و عبور از خط ساحلی یک مرز بسیار ضعیف است که ناشی از محدودیتهای فناوری و موانع لجستیکی است. در اینجا به اهمیت این منطقه برای درک فرآیندهای زمین شناسی اساسی، مخاطرات زمین و به ویژه سفره های آب ساحلی اشاره می کنیم. یکی از نمونههای بارز افزایش آگاهی از اهمیت تبادل آب زیرزمینی بین خشکی و دریا است. این چشم انداز منطقه زیر منطقه انتقال ساحلی یا نوار سفید ساحلی را به عنوان یک مرز ناشناخته تعریف می کند و نیاز به توصیف این منطقه بحرانی را تا عمق ده ها کیلومتر برجسته می کند. ما روشهای ژئوفیزیکی موجود و محدودیتهای آنها را با آبهای زیرزمینی ساحلی مورد استفاده به عنوان تصویر اولیه مورد بحث قرار میدهیم. پیشرفتها در فناوری ژئوفیزیک و حفاری، همراه با مدلسازی عددی، برای امکان حسابداری بهتر از این جزء ناشناخته ژئوسفر مورد نیاز است.
معرفی
منطقه گذار ساحلی یک مرز تدریجی 1 ، 2 ، 3 است که شامل یک شکاف اطلاعاتی گریزان است که از خشکی تا منطقه فراساحلی با آب کم عمق 4 ، 5 را در بر می گیرد . در اینجا به عنوان نوار سفید ساحلی نامیده می شود، این منطقه نزدیک به ساحل است که اطلاعات در آن در دسترس نیست (شکل 1 ). این یکی از چالش برانگیزترین محیط های سیستم زمین جامد برای مطالعه 3 استزیرا اعماق آب در مناطق نزدیک ساحل برای سنجش از دور هواپیماها و ماهواره ها بسیار عمیق است، اما برای فناوری های ژئوفیزیکی و حفاری در اعماق دریا و اقیانوس بسیار کم است. این عدم دسترسی نسبی، پوشش مداوم داده ها را در سراسر و زیر بستر دریا ممنوع کرده است. این منطقه شامل بسیاری از اهداف جذاب، انتقال از قاره به پوسته اقیانوسی است 6 و 7 . به عنوان یک مرز ناشناخته 8 ، ما هنوز نمی توانیم اهمیت کامل آن را برای برخی فرآیندهای اساسی زمین درک کنیم.
The coastal white ribbon spans the transition between land and sea; it is herein defined as the nearshore shallow water region below which there exists a paucity of data constraining deep structure and processes. The image shows breaking waves resembling a white ribbon in the nearshore zone at Padre Island National Seashore, Texas, USA (Photo credit: B. Weymer. 29 November, 2013).
This Perspective first highlights several examples that identify the coastal white ribbon as an important frontier for a variety of research endeavors related to tectonics, hydrocarbon exploration, geohazards and coastal hydrogeology. In each case geophysical imaging complemented by scientific drilling is envisioned to play a primary role. We then focus on the connections between onshore-offshore aquifers as an illustration of the important need for white ribbon characterization. We discuss some current challenges and propose possible solutions in developing and/or adapting existing exploration geophysical and drilling technologies and integrating them with advanced subsurface process modeling. The paper concludes with a motivation for future research with the aim of developing capabilities to seamlessly bridge the transition from land to sea.
Tectonics
Tectonic interactions occur at plate boundaries often between continental and oceanic crust located in seismogenic zones. There has been a modest number of recent onshore-offshore seismic tomography studies that probe the tectonic structure beneath the coastal white ribbon. For example, an amphibious seismic tomography study was conducted across the Cascadia subduction zone9 comprising an array of onshore seismometers and offshore ocean-bottom seismometers. Shore-crossing teleseismic travel-time data were recorded and used to obtain starting models for asthenospheric-level mantle tomography. The travel-time dataset enabled the mapping to ~50 km depth of the first-order lateral heterogeneity of the ocean-continent transition caused by elevation and crustal thickness differences. In an active-source seismic study of cratonic structure, four lines spanning the coastal zone between northern China and the Bohai and South Yellow seas were acquired and analyzed by Liu et al.10. The amphibious lines each comprised land stations and ocean bottom seismometers. The resulting velocity models mapped deep crustal and lithospheric structure across the ocean-continent transition to ~50 km depth. While deep structure beneath the coastline was mapped in both studies, it is important to recognize there are always essential differences between onshore and offshore instrumentation that results in the presence of a distinct seam in measurements across shorelines.
Hydrocarbon exploration
Oil and gas exploration has long been conducted on the continental shelves of passive margins, including offshore Texas and Louisiana, USA. Despite decades of extensive data collection by petroleum companies, a white ribbon at the Gulf of Mexico is shown as the paucity of investigations nearer to the shore11. While gravity and magnetic maps provide valuable albeit low-resolution shoreline-crossing structure of the basement rocks, the crustal structure of the shallow-water continental shelf including onshore-offshore continuity of pervasive salt structures (information of critical importance to hydrocarbon exploration) is difficult to ascertain due to the lack of geophysical technology that probes seamlessly across the shoreline. Eddy et al.12 and Miao et al.13 indicated that continental structure along the Texas-Louisiana coastline has influenced the opening of the Gulf of Mexico; however, a comprehensive shoreline-crossing interpretation is not possible since the two adjacent surveys are of different types, and more importantly, are disconnected at the coastal white ribbon.
Geohazards
Coastlines are subject to various geohazards including; inundation caused by extreme storms and sea level rise, volcanic activity, tsunamigenic earthquakes, and submarine landslides14,15,16. Investigations of coastal geohazards would benefit from deep-probing geophysical data to assess potential threats to infrastructure on the seafloor and along the coast. A particularly dangerous coastal geohazard is that of a catastrophic volcanic event, highlighting the need for white ribbon characterization to better understand slope stability. Potential hazards caused by flank collapse at Mt. Etna, Italy have been recently investigated17. A shore-crossing structural assessment was achieved through a combination of state-of-the-art microbathymetry and continuous seafloor geodetic surveys. Extending this work, Klein et al.18 combined openly available high-resolution bathymetry and topographic grids to create shore-crossing digital elevation models of a number of volcanic islands around the world. While these studies expose current challenges in integrating onshore-offshore surficial topography/bathymetry, a more daunting geohazard assessment is seamlessly mapping deep geologic structures beneath the coastal white ribbon.
Coastal hydrogeology
از این پس، برای قطعیت، بر کاربرد تکنیکهای ژئوفیزیکی، حفاری و مدلسازی مبتنی بر هیدروژئولوژی ساحلی به عنوان مثال اصلی نیاز به خصوصیات نوار سفید تمرکز میکنیم، اگرچه هر یک از حوزههای کاربردی فوقالذکر و سایر موارد دارای اهمیت قابل مقایسه هستند. در هیدروژئولوژی، فقدان اطلاعات عمیق زیرسطحی در زیر نوار سفید ساحلی مانع از محاسبه دقیق تقسیمبندی و انتقال حجم بین آبهای زیرزمینی زمینی و مخازن زیر اقیانوسی میشود .. در اینجا ما باید بین آب های زیرزمینی که مستقیماً به عنوان تخلیه آب زیرزمینی زیردریایی (SGD) به اقیانوس تخلیه می شوند و آب های زیرزمینی که در زیر زمین در زیر منطقه ساحلی ذخیره می شوند، تفاوت قائل شویم. نقش هیدرواستراتی گرافی، زنجیره ای از اقشار با اندازه دانه های مختلف از رس تا رسوبات شنی با ضخامت و وسعت متفاوت، محوری است. جریان آب زیرزمینی فعال به لایههای نفوذپذیرتر محدود میشود که این لایهها دارای ورودیها و خروجیهایی هستند که امکان شارژ و تخلیه را فراهم میکنند، اما آبهای زیرزمینی نیز ممکن است عملاً در مناطق محدود یا لایههای با نفوذپذیری کم راکد باشند . مدلسازی عددی اخیر نشان میدهد که مخازن آبهای زیرزمینی تازه (OFG) در قفسه میانی قفسه 21 ، 22سواحل ساحلی نیوجرسی، ایالات متحده ممکن است به صورت جانبی توسط انگشتان آب دریا به سمت پایین تقسیم شود 23 ، 24 . تصویربرداری از گستره عمودی کامل مسیرهای آب دریا یکی از چالشهای هیدروژئوفیزیک کاوشگر عمیق است. به طور گسترده تر، دانش در مورد توزیع شوری آب های زیرزمینی در زیر قفسه های قاره، و همچنین اطلاعاتی در مورد (قطع) اتصال بدنه های آب زیرزمینی با شوری کم بین داخل و خارج از ساحل وجود ندارد.
تعریف نوار سفید ساحلی عمیق
ما نگران ارتباط بین سفره های خشکی و دریایی هستیم که در اعماق زیر دسترسی تکنیک های ژئوفیزیکی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند (شکل 2 ). یک بدنه OFG به عنوان ناحیه ای از آب های زیرزمینی با شوری کمتر تعریف می شود که بین لایه های آب زیرزمینی شورتر محصور شده است 21 . OFG در زیر نوار سفید ساحلی به دلیل پتانسیل آنها به عنوان یک منبع غیر متعارف برای مطالعه مهم است . درک اینکه چگونه آب های زیرزمینی ممکن است به طور فعال به فلات قاره دورتر از سواحل تخلیه شود یا چگونه به طور فعال از طریق مهاجرت به سمت بالا در خود نوار سفید به کف دریا کم عمق تخلیه می شود مفید است.
نمودار مفهومی که مخازن چند لایه آب زیرزمینی و مسیرهای مهاجرت سیال ساده مربوطه را در زیر نوار سفید ساحلی نشان می دهد. تخلیه آب های زیرزمینی تازه شده فراساحلی و تخلیه آب های زیرزمینی زیردریایی به ترتیب به اختصار (OFG) و (SGD) نامیده می شوند. منطقه مورد علاقه برای ژئوفیزیک اکتشاف عمیق، گمانهها، و مدلسازی آبهای زیرزمینی در آبهای کمعمق ساحلی با خطوط چین سفید مشخص شده است. روشهای ژئوفیزیکی موجود برای اکتشاف عمیق آبهای زیرزمینی که از نوار سفید و مناطق پوشش مربوطه عبور میکنند با نوارهای رنگی که وسط هر تصویر را قطع میکنند نشان داده میشوند. تمام تصاویر موجود در حبابها متعلق به نویسندگان هستند، به جز تصویر ماهوارهای گرانشی/مغناطیسی “با احترام از ناسا/JPL-Caltech”.
The relevant target zones of interest include the embayment and shelf scale confined aquifers discussed by Bratton26. For clarity, the embayment scale includes the first confined submarine aquifer and its terminus at the continental shelf rise, whereas the shelf scale spans the width and thickness of the aquifers throughout the entire continental shelf. Following the nomenclature of Bratton26, we define the coastal white ribbon zone to be that which ranges in the vertical from the top of the uppermost confining layer downward to the top of the geological basement, as shown by the dashed lines in Fig. 2. Note that this definition is primarily based on the application of the various deep-probing techniques that we highlight in this Perspective. We envision the landward boundary of the coastal white ribbon to be the present shoreline and the seaward boundary to be the vertical line outboard of which marine data can be acquired using large research vessels. This is an operational demarcation that can change as technology evolves. We intentionally are not concerned with aquifer systems crossing the nearshore where SGD occurs27, as this region can be explored by existing technologies (albeit challenging). Although shallow unconfined aquifers in the nearshore can already be covered by existing methods, they cannot probe deeper than ~100 m. Thus, we need techniques to achieve seamless interpretation in both lateral and vertical directions.
The dimensions of onshore and offshore aquifers located beyond the zone of interest, if not already known, can be mapped using existing geophysical methods, primarily electromagnetic (EM) and seismic techniques. However, the geometry of putative deep, nearshore pathways (conduits) spanning the terrestrial and marine domains remains unexplored. It is worthwhile to appreciate the great challenge of imaging the flux of groundwater across the boundaries beneath the white ribbon region, which is governed by forcing mechanisms whose effects span many scales of both space and time21. Recent EM studies investigating onshore-offshore fluid migration pathways suggest their aquifer geometries are highly variable, ranging from a few meters to hundreds of meters wide and extending to depths of a few meters to hundreds of meters28,29. Resistivity maps derived from EM surveys offshore New Zealand, Malta, and Hawai’i, USA provide evidence that groundwater conduits in clastic, carbonate, or volcanic settings are principally governed by geological heterogeneities that cause complex three-dimensional subsurface bulk resistivity anomalies28,29,30,31,32.
The most recent estimate of the global volume of OFG21 is 1 × 106 km3. This large number underscores the substantial challenge with respect to understanding the groundwater budget beneath the coastal white ribbon. Many large OFG’s are located beneath the maximum depth of investigation of conventional terrestrial, marine, airborne or amphibious hydrogeophysical methods. Geophysical technologies are also prone to a range-to-resolution tradeoff meaning that vertical resolution decreases with increasing depth of investigation. How then can we account for this elusive part of the global hydrologic cycle, keeping in mind the high spatial resolution that is necessary for imaging aquifers that may only be tens of meters thick in some locations?
Existing deep exploration geophysical techniques
Geophysical methods suited for groundwater (and other deep-probing crustal) investigations33 are generally restricted to depths of <1 km and for the most part are designed for terrestrial use, resulting in a limited capability of imaging deep beneath the coastline (Fig. 2). Commonly used near-surface terrestrial techniques such as ground penetrating radar34,35, electrical resistivity36,37,38, and various frequency and time-domain induction-based methods28,39,40,41,42, have contributed to our understanding of shallow (depths from 10’s to 100’s of meters) coastal substructure. Looking deeper, large scale inductive EM methods involving a loop43 or a grounded dipole44 transmitter can penetrate to ~3 km or more.
In the offshore region, towed marine controlled-source electromagnetic (CSEM) systems configured for nearshore exploration29,32,45,46 achieve a depth of investigation not much greater than ~500 m beneath the seafloor29. With the possible exception of emerging coastal semi-airborne EM systems40,41,47, the lack of overlap between onshore and offshore geophysical methods has prohibited seamless coverage of geological structure beneath the coastal white ribbon. Semi-airborne methods use inductive currents that have limited resolution of resistive layers in conductive environments. In Table 1, we discuss several geophysical studies that have provided some indications of deep onshore-offshore hydraulic connectivity.
Geophysical horizons for onshore-offshore mapping
Several geophysical techniques have the potential to be adapted for deep investigations beneath the coastal white ribbon (Fig. 2). In the context of hydrogeology, the uppermost confined aquifers crossing the white ribbon can in principle be imaged by existing marine CSEM and semi-airborne EM techniques29,48,49,50,51. Practically, however, marine CSEM is limited in its lateral coverage because the shallow water depths approaching the coast prohibit safe navigation by conventional research vessels. Towing a ~1 km long array of instrumentation in a nearshore setting is a hazardous operation. A few surface-towed CSEM systems have been deployed from smaller coastal vessels, allowing surveying into shallow waters of a few meters, close to the surf zone. Surveying within the surf zone itself is impractical from a boat and probing to depths of more than several tens of meters has not been demonstrated for surf-zone acquisition systems such as unmanned surface vehicles, motorized kayaks, benthic crawlers, etc.
روشهای القایی-EM کاملاً هوابرد، اگرچه قادر به عبور از کل نوار سفید هستند، اما چالشهای متفاوتی در رابطه با عدم حساسیت آنها به لایههای مقاومتی و تضعیف سیگنال ناشی از آب دریا رسانا دارند. علاوه بر این، مسیرهای پرواز به طور کلی محدود به مناطق ساحلی کم جمعیت است. سفرههای زیرزمینی عمیقتر که تا بالای زیرزمین گسترش مییابند، در اصل، میتوانند توسط لرزهای 52 ، گرانش 53 ، مغناطیسی 54 ، MT 55 ، یا ترکیبی از آنها بررسی شوند. محدودیت مشترک این تکنیک های کاوش عمیق، فقدان وضوح لازم برای حل و فصل سفره های بالقوه نازک (ضخامت ده ها متر) است. داده های MT به شدت تحت تأثیر کنتراست الکتریکی جانبی قوی در خط ساحلی قرار می گیرند56 . علاوه بر این، داده های گرانش به توزیع جرم و مغناطیسی به توزیع مغناطیسی پاسخ می دهند، که هیچ کدام به طور مستقیم از شرایط هیدروژئولوژیکی غالب اطلاع رسانی نمی کنند. لرزه ای، MT، گرانش و مغناطیسی با این وجود نقش مکمل مفیدی در تعیین معماری فلات قاره در مقیاس بزرگ دارند. روش ژئوفیزیکی بهینه، یا ترکیبی از روشها، به موقعیت زمینشناسی محلی/منطقهای و اندازه و عمق هدف(های) مورد علاقه میزبان بستگی دارد.
دادههای انعکاس لرزهای میتوانند محدودیتهای ژئوفیزیکی دقیقی را در مورد پیکربندی ساختاری و چینهشناسی سیستمهای آبخوانهای عمیق ساحلی ارائه دهند . برخلاف اندازهگیری مقاومت الکتریکی انبوه صداگذاری EM، بازتابهای لرزهای رابطهای بین لایههایی با ویژگیهای مختلف صوتی و الاستیک را نشان میدهند. در حالی که تصویربرداری لرزهای بازتابی میتواند ساختار عمیق زیرسطحی را با وضوح افقی و عمودی خوب در دو بعد و سه بعد تشخیص دهد ، اما تفاوتی بین نوع یا شوری سیال حفرهای در زیرسطح نیست. توموگرافی لرزه ای عبور از ساحل یک گزینه مناسب برای توصیف ژئوفیزیکی در زیر نوار سفید ساحلی است، اما پروتکل فعلی این است که مجموعه داده های متفاوت خشکی و فراساحلی را به هم پیوند بزند ., 10 . تفکیک مکانی توسط محتوای فرکانسی منبع لرزه ای، توزیع سرعت لرزه ای، و چگالی منابع و گیرنده های لرزه ای کنترل می شود . از آنجایی که بین میزان نفوذ و محتوای فرکانس مفید تعادل وجود دارد، تعریف هدف خوب قبل از بررسی برای بهترین انتخاب منبع لرزه ای ضروری است. برای تصویربرداری از 1 کیلومتر بالای سطح زیرزمینی، از منابع ارتعاشی و مواد منفجره در خشکی استفاده می شود، در حالی که از تفنگ های بادی در فراساحل استفاده می شود . هر دو می توانند وضوح لرزه ای 1-5 متر را در جهت افقی و عمودی ارائه دهند. پروفیل های زیرپایین را می توان در بستر دریا استفاده کرد، اما فقط برای اهداف بسیار کم عمق در بالاترین ارتفاع 10 تا 20 متر.
در حالی که تصویربرداری لرزهای از سازههای خشکی و فراساحلی به خوبی تثبیت شده است، تصویربرداری لرزهای زیر نوار سفید ساحلی در آبهای کم عمق بسیار دشوار است، که تا حدی به دلیل وجود بازتابهای متعدد کف دریا است. در حال حاضر، در صورت امکان، راه حل های سفارشی برای هر تنظیم جدید مورد نیاز است. به عنوان یک قاعده کلی، یک منبع لرزه ای را می توان به راحتی پشت یک کشتی کوچک یا بارج 60 بکسل کرد . بنابراین، پوشش شات در بخش فراساحلی یک نظرسنجی متراکم تر است. یک مثال خوب، جمعآوری دادههای لرزهای سه بعدی P-Cable است که تصویربرداری با وضوح بالا را امکانپذیر میکند 61 ، 62. ضبط دادهها در حوزه دریایی معمولاً با استریمرهایی که پشت منبع یدک میشوند یا ژئوفونهایی که در بستر دریا قرار میگیرند انجام میشود. در مناطقی با جزر و مد قوی، استفاده از گیرنده های لرزه ای در جزر و مد و به دست آوردن داده های لرزه ای در جزر و مد معمول است، اما بدیهی است که این گزینه برای خطوط ساحلی بدون محدوده جزر و مدی زیاد مانند دریای مدیترانه یا دریای بالتیک نیست. از آنجایی که کیفیت تصویربرداری لرزهای به جهت مسیر حرکت لرزهای بستگی ندارد، اغلب انتخاب طرح بررسی لرزهای با شبکه ثبت متراکمتر در خشکی و فاصله شلیک متراکمتر در سواحل مفید است. بررسی های لرزه ای با دقت طراحی شده در زیر ناحیه نوار سفید، در حالی که دشوار است،
Technological needs and future research directions
Improved tools are needed to explore the connectivity of groundwater pathways, past, present, and future between deep terrestrial and offshore confined aquifers. Mapping geologic structure and salinity distributions with geophysical measurements reveals information about the location and overall geometry of coastal groundwater systems. This in turn informs how they function under hydrologic change including sea level change and pumping to better understand groundwater hydraulics and dynamics (see Box 1 for further details).
A key aspect to addressing the coastal white ribbon information gap is scientific drilling. The International Ocean Discovery Program’s (IODP) mission-specific platform approach63,64,65 is an ideal vehicle for shallow water operations, but it is out of reach for the two flagship deep-sea drilling vessels – the JOIDES Resolution and Chikyu. There are considerable technological challenges to drilling in shallow coastal waters for deep (>0.5 km) targets. Many nearshore depositional environments host coarse-grained unconsolidated sediments including interbedded gravels and sands that are problematic to drill with existing advanced piston coring technology. The question is whether deep sediment coring is possible in shallow waters and what drilling platforms are required, such as floating barges, jack-ups or lift boats.
Sediment coring into the coastal white ribbon and ideally installing Circulation Obviation Retrofit Kit (CORK)66,67 long-term subseafloor observatories could result in a step-change understanding of how OFG’s function and the overall importance of connections between the onshore and offshore systems. However, the requisite shallow-water technology is not yet proven. Borehole information is a vital complement to geophysical data as it provides important constraints on sediment physical properties including; porosity, resistivity, and acoustic p-wave velocities. Similarly, core samples provide crucial data on interstitial water, microbiology, and headspace gas elements that in turn aide in determining the age and residence times of the water, distribution of downhole salinity, and nutrient concentrations.
Conservative and reactive tracers68 can be valuable tools in evaluating the origin and functioning of OFG systems. This reinforces the impact of installing dedicated subseafloor borehole observatories through IODP drilling operations. Results from cross-hole conservative tracer experiments carried out in ODP Leg 168 and IODP Expeditions 301/327 boreholes along the Juan de Fuca Ridge have shed light into deep seafloor (depths ~300-500 mbsf) hydrothermal circulation69,70. However, this kind of work also requires adapted technology for it to be extended into the white ribbon because of the difficulty of drilling deep boreholes in shallow waters.
Due to the inherent multi-disciplinary nature in coastal hydrogeological research, understanding the connections, storage and fluxes of groundwater beneath the white ribbon is likely to benefit from data collected by deep-probing geophysical and drilling technologies. A lack of data often forces groundwater modelers to make simplified assumptions about the offshore groundwater salinity distribution (e.g. all groundwater is saline) that may not be in line with the more complex reality71. Researchers focused on either side of the coastline face similar challenges, but often approach solutions from different perspectives72,73. It is important to bridge the information gap across and beneath the white ribbon to bring these two scientific communities together to expand the global inventory of deep coastal groundwater systems and model their dynamics and evolution in response to climate change74 and possible future resource exploitation25,75,76,77.
A number of research directions, in the context of coastal hydrogeophysics, stimulate cross-disciplinary efforts in geophysical imaging and modeling of groundwater systems beneath the white ribbon (Fig. 3). Some of these include, but are not limited to: (1) adapting existing and further developing geophysical tools to provide seamless shore-crossing data acquisition complemented by improved drilling capabilities; (2) advancing 3D groundwater modeling for quantifying the emplacement, dynamics, and evolution of deep coastal groundwater systems (see Box 1); and (3) developing common Earth models that integrate relevant datasets into a geospatial environment that can be easily accessed, updated, and understood across scientific disciplines14. Advances in these directions can, in principle, be applied to the other research applications outlined at the beginning of this Perspective. The research directions displayed in Fig. 3 are motivated by either strong scientific and/or societal needs offering opportunities for investigators working together to close the elusive information gap beneath the coastal white ribbon. For example, groundwater modelers can inform geophysicists of their imaging requirements with regard to geological heterogeneity and salinity distributions, whereas geophysicists can communicate with modelers to identify the most promising onshore-offshore systems to investigate. Although the characterization of the white ribbon will be built around collaborations between geophysicists, engineers, marine geologists and modelers, as illustrated above, there will be abundant opportunities for investigators in many other fields of coastal science and engineering. Improved mapping and modeling technologies will open windows into the unexplored region beneath the white ribbon that can then be studied in greater detail by geochemists and biologists in regard to the age, residence times, and quality of the water as well as characterization of the deep biosphere78,79,80, the microbial and benthic communities of which remain almost entirely unknown.
Aspects of coastal aquifers that motivate future research. The three larger bubbles correspond to where does the water come from (emplacement), where is it now (long-term storage) and where is it going (utilization)? Note: similar diagrams can be drawn for other research applications (e.g., tectonics, hydrocarbons, geohazards) crossing the white ribbon.
نوار سفید ساحلی به دلیل چالشهای لجستیکی و فناوری که مانع از پوشش بدون درز در سراسر انتقال خشکی به دریا میشود، مرزی باقی میماند که تا حد زیادی ناشناخته مانده است. اگرچه گامهایی برای پر کردن شکاف اطلاعاتی برداشته میشود، بیشتر کارها تا به امروز از درونیابی بین مجموعه دادههای متفاوتی که از خط ساحلی عبور میکنند و/یا روی چالشهای مرتبط با یکپارچهسازی مجموعه دادههای زمینی و دریایی برای نقشهبرداری ویژگیهای مورفولوژیکی سطح تمرکز کردهاند . به عبارت دیگر، ما فقط شروع به خراش دادن سطح کردهایم، و یک چالش رو به جلو مشخص کردن منطقه روبان سفید عمیق (> 0.5 کیلومتر) با پوشش داده یکپارچه است. فناوریهای بهبودیافتهای برای پر کردن تختههای خالی موجود در عمق زیر نوار سفید ساحلی مورد نیاز است.
در دسترس بودن داده ها
به اشتراک گذاری داده ها برای این مقاله قابل اجرا نیست زیرا هیچ مجموعه داده ای در طول مطالعه فعلی تولید یا تجزیه و تحلیل نشده است.
منابع
-
جدیدی، ع.، مصطفوی، کارشناسی ارشد، بیدار، ی. و شهریاری، ک. بازنمایی فضایی ریسک ساحلی: رویکردی فازی برای مقابله با عدم قطعیت. ISPRS Int. J. Geo-Information 3 ، 1077-1100 (2014).
-
Wang, F. & Hall, GB نمایش فازی مرزهای جغرافیایی در GIS. بین المللی جی. جغرافی. آگاه کردن. سیستم 10 ، 573-590 (1996).
-
هفت دلیل خوب برای ادغام مجموعه داده های فضایی زمینی و دریایی در محیط های در حال تغییر. Water 12 , 2221 (2020).
-
Leon، JX، Phinn، SR، Hamylton، S. & Saunders، MI پر کردن «روبان سفید» – یک مدل ارتفاعی دیجیتالی بدون درز چند منبعی برای جزیره Lizard، دیواره مرجانی بزرگ شمالی. بین المللی J. Remote Sensing 34 , 6337–6354 (2013).
-
Westhead, K., Smith, K., Campbell, E., Colenutt, A. & McVey, S. فشار دادن مرزها: ادغام داده های مدل ارتفاعی دیجیتال چند منبعی برای نقشه برداری یکپارچه زمین شناسی منطقه ساحلی بریتانیا. محیط زمین. علمی ترانس. R. Soc. Edinburgh 105 , 263-271 (2015).
-
Talwani, M. & Eldholm, O. مرز بین پوسته قاره ای و اقیانوسی در حاشیه قاره های شکافدار. Nature 241 , 325-330 (1973).
-
Austin, JA Jr & Uchupi, E. انتقال پوسته قاره ای-اقیانوسی در جنوب غربی آفریقا. بولتن AAPG 66 ، 1328-1347 (1982).
-
Micallef، A.، Krastel، S. & Savini، A. ژئومورفولوژی زیردریایی . (اسپرینگر، 2017).
-
Bodmer, M., Toomey, DR, VanderBeek, B., Hooft, E. & Byrnes, JS Body Wave Tomography of Cascadia Subduction Zone و Juan de Fuca Plate System: شناسایی چالش ها و راه حل ها برای داده های عبور از ساحل. ژئوشیمی، ژئوفیزیک، ژئوسیستم 21 ، e2020GC009316 (2020).
-
Liu, L. et al. Integrated Geophysical Study of the Collision Between the North China Craton and the Yangtze Craton and Its Links With Craton Lithospheric Thinning. Earth Sci. 9, 796783 (2022).
-
Galloway, W. E., Ganey-Curry, P. E., Li, X. & Buffler, R. T. Cenozoic depositional history of the Gulf of Mexico basin. AAPG Bullet. 84, 1743–1774 (2000).
-
Eddy, D. R., Van Avendonk, H. J., Christeson, G. L. & Norton, I. O. Structure and origin of the rifted margin of the northern Gulf of Mexico. Geosphere 14, 1804–1817 (2018).
-
Miao، W.، Niu، F.، Li، G. & Levander، A. ساختار رسوبی و پوسته ای سواحل خلیج آمریکا توسط امواج ریلی و داده های P coda لرزه ای دور با مفاهیمی برای شکافتن قاره آشکار شد. Earth Planet Sci Lett 577 , 117257 (2022).
-
میچل، تی، ابونا، دی و اسمیت، کی در 2013 OCEANS-San Diego. 1-7 (IEEE).
-
Urlaub، M.، Talling، PJ & Masson، DG زمانبندی و فراوانی لغزشهای بزرگ زیردریایی: مفاهیمی برای درک محرکها و خطرات زمین در آینده. علوم کواترنر Rev. 72 , 63-82 (2013).
-
تالینگ، پی جی و همکاران. لغزش های بزرگ زیردریایی در دامنه های قاره: خطرات زمین، انتشار متان، و تغییرات آب و هوا. اقیانوس شناسی 27 ، 32-45 (2014).
-
اورلاوب، ام. و همکاران. مرزهای زیردریایی جناح ناپایدار جنوب شرقی کوه اتنا. جلو. علوم زمین 234 (2022).
-
Klein، E.، Urlaub، M. & Krastel، S. ژئومورفولوژی عبور از خط ساحلی جزایر آتشفشانی ناپایدار از تجزیه و تحلیل کمی DEM . (جلسات کوپرنیک، 2022).
-
Zamrsky، D.، Oude Essink، GH & Bierkens، MF تخمین ضخامت سفرههای آبی تثبیت نشده در امتداد خط ساحلی جهانی. داده های علم سیستم زمین 10 ، 1591-1603 (2018).
-
پالدور، A. و همکاران. تخلیه عمیق آب زیرزمینی زیردریایی – شواهدی از دره زیردریایی Achziv در معرض آبخوان محدود گروه Judea، مدیترانه شرقی. جی. ژئوفیس. پاسخ: Oceans 125 ، e2019JC015435 (2020).
-
Micallef، A. و همکاران. آب های زیرزمینی شیرین شده فراساحلی در حاشیه قاره. کشیش ژئوفیس. e2020RG000706 (2021).
-
پست، VE و همکاران. ذخایر آب شیرین زیرزمینی فراساحلی به عنوان یک پدیده جهانی Nature 504 ، 71-78 (2013).
-
Thomas, AT, Reiche, S. & Clauser, C. بررسی تأثیر سطح پایین سطح دریا پلیستوسن بر روی آبهای زیرزمینی شیرین فراساحلی در قفسه نیوجرسی (شماره EGU21-9885). جلسات کوپرنیک (2021).
-
Thomas, A. T., von Harten, J., Jusri, T., Reiche, S. & Wellmann, F. An integrated modeling scheme for characterizing 3D hydrogeological heterogeneity of the New Jersey shelf. Marine Geophys. Res. 43, 1–19 (2022).
-
Zamrsky, D., Essink, G. H. O., Sutanudjaja, E. H., van Beek, L. R. & Bierkens, M. F. Offshore fresh groundwater in coastal unconsolidated sediment systems as a potential fresh water source in the 21st century. Environ. Res. Lett. 17, 014021 (2021).
-
Bratton, J. F. The three scales of submarine groundwater flow and discharge across passive continental margins. J. Geology 118, 565–575 (2010).
-
Rocha, C. et al. A place for subterranean estuaries in the coastal zone. Estuarine, Coastal Shelf Sci. 107167 (2021).
-
Weymer, B. A. et al. Multi-layered high permeability conduits connecting onshore and offshore coastal aquifers. Front. Marine Sci. 7, 903 (2020).
-
Attias, E., Thomas, D., Sherman, D., Ismail, K. & Constable, S. Marine electrical imaging reveals novel freshwater transport mechanism in Hawai ‘i. Sci. Adv. 6, eabd4866 (2020).
-
Pondthai, P. et al. 3D characterization of a coastal freshwater aquifer in SE Malta (Mediterranean Sea) by time-domain electromagnetics. Water 12, 1566 (2020).
-
آتیاس، ای و همکاران. تصویربرداری الکترومغناطیسی دریایی و تخمین حجمی توده های آب شیرین در سواحل هاوایی. ژئوفیز. Res. Lett. 48 , e2020GL091249 (2021).
-
هارون، ا. و همکاران. ناهنجاری های مقاومت الکتریکی در ساحل یک خط ساحلی کربناته: شواهدی برای آب های زیرزمینی تازه؟ ژئوفیز. Res. Lett. 48 , e2020GL091909 (2021).
-
بینلی، A. و همکاران. ظهور هیدروژئوفیزیک برای درک بهتر فرآیندهای زیرسطحی در مقیاس های چندگانه. منابع آب Res. 51 ، 3837-3866 (2015).
-
محیط های ساحلی بوینویچ، IV، جول، اچ ام و فیتزجرالد، DM. رادار نفوذی زمین: نظریه و کاربردها ، 299-322 (2009).
-
Jol, HM, Smith, DG & Meyers, RA رادار نفوذی زمینی دیجیتال (GPR): یک ابزار ژئوفیزیکی جدید برای تحقیقات سد ساحلی (نمونه هایی از اقیانوس اطلس، خلیج فارس و سواحل اقیانوس آرام، ایالات متحده آمریکا). J. ساحلی رس. ، 960-968 (1996).
-
Zarroca، M.، Bach، J.، Linares، R. & Pellicer، روش های الکتریکی XM (VES و ERT) برای شناسایی، نقشه برداری و نظارت بر حوزه های مختلف شور در یک منطقه دشت ساحلی (Alt Empordà، شمال اسپانیا). جی هیدرول. 409 ، 407-422 (2011).
-
Dimova، NT، Swarzenski، PW، Dulaiova، H. & Glenn، CR استفاده از روشهای مقاومت الکتریکی چند کاناله برای بررسی دینامیک رابط آب شیرین و آب دریا در دو سیستم آب زیرزمینی هاوایی. جی. ژئوفیس. Res. 117 ، C02012 (2012).
-
Swarzenski، PW & Izbicki، JA دینامیک آب های زیرزمینی ساحلی در سانتا باربارا، کالیفرنیا: ترکیب ردیاب های ژئوشیمیایی، تراوش سنج های الکترومغناطیسی، و مقاومت الکتریکی. دهانه رودخانه، علمی قفسه ساحلی. 83 ، 77-89 (2009).
-
هرکنراث، دی و همکاران. کالیبره کردن یک مدل نفوذ آب نمک با داده های الکترومغناطیسی حوزه زمان آب های زیرزمینی 51 ، 385-397 (2013).
-
Goebel, M., Knight, R. & Halkjær, M. نقشه برداری نفوذ آب شور با روش الکترومغناطیسی هوابرد در محیط ساحلی دریایی، خلیج مونتری، کالیفرنیا. J. Hydrol.: منطقه ای مطالعه. 23 , 100602 (2019).
-
سیمون، بی و همکاران. نقشه برداری ژئوفیزیکی هوابرد و زمینی رس های ساحلی در شرق فریزلند، آلمان. ژئوفیزیک 80 ، WB21–WB34 (2015).
-
Günther, T., Ronczka, M., Rochlitz, R., Kotowski, P. & Müller-Petke, M. در NSG2021 1st Conference on Hydrogeophysics. 1-5 (انجمن زمین شناسان و مهندسان اروپا).
-
فیترمن، دی. ابزارها و تکنیک ها: روش های الکترومغناطیسی با منبع فعال. در L. Slater (ed.), Resources in the Near-Surface Earth Treatise on Geophysic 11 , 295-333 (2015).
-
Zonge، KL & Hughes، LJ در روشهای الکترومغناطیسی در ژئوفیزیک کاربردی: جلد 2، کاربرد، بخشهای A و B 713-810 (انجمن ژئوفیزیکدانان اکتشافی، 1991).
-
Micallef، A. و همکاران. خصوصیات سه بعدی و کمی سازی یک سیستم آب زیرزمینی تازه شده فراساحلی در خلیج کانتربری نات اشتراک. 11 ، 1-15 (2020).
-
سیستمهای آبخوان گوستافسون، سی، کی، کی و ایوانز، RL که در مناطق دوردست در حاشیه اقیانوس اطلس ایالات متحده گسترش مییابند. علمی Rep. 9 , 1-10 (2019).
-
Siemon, B., Christiansen, AV & Auken, E. مروری بر روشهای الکترومغناطیسی با هلیکوپتر برای اکتشاف آبهای زیرزمینی. نزدیک سطح زمین ژئوفیس. 7 ، 629-646 (2009).
-
Mogi, T., Tanaka, Y., Kusunoki, KI, Morikawa, T. & Jomori, N. توسعه EM گذرا هوابرد منبع برق زمینی (GREATEM). ژئوفیز اکتشافی 29 ، 61-64 (1998).
-
Chen, C. & Sun, H. تجزیه و تحلیل مشخصه و تعریف منطقه بررسی بهینه برای الکترومغناطیسی گذرا نیمه هوا. J. Appl. ژئوفیز. 180 , 104134 (2020).
-
اسمیرنوا، ام وی و همکاران. یک سیستم الکترومغناطیسی با منبع کنترل شده با دامنه فرکانس نیمه هوا جدید: وارونگی سه بعدی داده های نیمه هوا از آزمایش پرواز بر فراز یک منطقه معدن باستانی در نزدیکی شلیز، آلمان. ژئوفیزیک 84 ، E281–E292 (2019).
-
Ishizu، K. و Ogawa، Y. تصویربرداری مقاومت خشکی دریایی از آب شیرین با استفاده از روش الکترومغناطیسی منبع کنترل شده: یک مطالعه امکان سنجی. ژئوفیزیک 86 ، 1-55 (2021).
-
Bertoni, C., Lofi, J., Micallef, A. & Moe, H. روشهای بازتاب لرزه ای در تحقیقات آبهای زیرزمینی فراساحلی. Geosciences 10 , 299 (2020).
-
Pawlowski، R. استفاده از داده های ناهنجاری گرانشی برای مرزبندی حاشیه قاره فراساحلی. لبه پیشرو 27 ، 722-727 (2008).
-
Minakov، A.، Faleide، JI، Glebovsky، VY & Mjelde، R. ساختار و تکامل حاشیه قاره دریای بارنتس-کارا شمالی از تجزیه و تحلیل یکپارچه میدانهای بالقوه، عمق سنجی و دادههای لرزهای پراکنده. ژئوفیز. J. Int. 188 ، 79-102 (2012).
-
Wannamaker، PE و همکاران. مشاهدات مغناطیسی تلوریک در سراسر سیستم فرورانش Juan de Fuca در پروژه EMSLAB. جی. ژئوفیس. پاسخ: زمین جامد 94 ، 14111-14125 (1989).
-
Key, K. & Constable, S. Coast اعوجاج داده های مغناطیسی تلوریک دریایی: بینش از یک مطالعه آزمایشی در شمال شرقی ژاپن. فیزیک Earth Planetary Interiors 184 ، 194-207 (2011).
-
Rabbel, W., Müller, C., Wilken, D. & Berndt, C. در دایره المعارف مهندسی زلزله . 1-9. (اسپرینگر برلین، 2016).
-
Shearer, PM مقدمه ای بر زلزله شناسی . (انتشارات دانشگاه کمبریج، 2019).
-
Hess, T., Meckel, T., Bangs, N. & Tatham, R. in SEG Technical Program Expanded Abstracts 2014 208-212 (انجمن ژئوفیزیکدانان اکتشاف، 2014).
-
Aouad, A., Taylor, R. & Millar, N. Seismic on the edge? بررسی لرزه ای منطقه انتقال سه بعدی از مفهوم تا حجم نهایی ASEG Extended Abstracts 2012 ، 1-5 (2012).
-
اریکسن*، اف . ).
-
Planke, S., Berndt, C., Mienert, J. & Bünz, S. P-Cable: High-Resolution 3D Seismic Acquisition Technology. در کارگاه INVEST 2009 . جلد 23، 25 (2009).
-
Mountain, G. & Proust, J.-N. پروژه حفاری علمی حاشیه نیوجرسی (IODP Expedition 313): باز کردن رکورد تغییرات جهانی و محلی سطح دریا. علمی حفاری 10 ، 26-34 (2010).
-
Cotterill, C., McInroy, D. & Stevenson, A. Mission Specific Platforms: دستاوردهای گذشته و پیشرفتهای آینده در حفاری تحقیقاتی اقیانوس به رهبری اروپا. در خلاصه کنفرانس مجمع عمومی EGU . EGU2013–12645 (2013).
-
Cotterill, C., McInroy, D. & Smith, D. ECORD Mission-Specific Platform Expeditions in International Ocean Discovery Program: عملیات انعطاف پذیر و پیشرفت های تکنولوژیکی. در چکیده تحقیقات ژئوفیزیک . جلد 21، (2019).
-
Becker, K. & Davis, EE مروری بر طراحی ها و عملیات CORK در طول برنامه حفاری اقیانوس. در Proc. IODP|حجم. (جلد 301، ص 2)، (1383).
-
فیشر، A. و همکاران. M. طراحی علمی و فنی و استقرار رصدخانههای طولانیمدت زیر دریا برای آزمایشهای هیدروژئولوژیک و مرتبط، IODP Expedition 301، جناح شرقی Juan de Fuca Ridge. در Proc. IODP| جلد (ج 301، ص 2)، (1384).
-
Cao, V., Schaffer, M., Taherdangkoo, R. & Licha, T. Solute reactive tracers for hydrogeological applications: بررسی کوتاه و چشم انداز آینده. Water 12 , 653 (2020).
-
نیرا، N. و همکاران. آزمایش ردیاب سوراخ متقاطع جریان سیال سریع و تخلخل موثر کم را در پوسته اقیانوسی بالایی نشان میدهد. زمین سیاره شناسی. Lett. 450 ، 355-365 (2016).
-
فیشر، A. و همکاران. IODP Expedition 327 و Atlantis Expedition AT 18-07: رصدخانه ها و آزمایشات در جناح شرقی خط الراس Juan de Fuca. علمی مته. 13 ، 4-11 (2012).
-
Jiao, J. & Post, V. Hydrogeology ساحلی . (انتشارات دانشگاه کمبریج، 2019).
-
واگنر، تی و همکاران. آینده هیدرولوژی: علمی در حال تحول برای جهانی در حال تغییر منابع آب Res. 46 ، W05301 (2010).
-
Talley، DM و همکاران. چالش های تحقیق در رابط زمین-دریا دهانه رودخانه، علمی قفسه ساحلی. 58 ، 699-702 (2003).
-
کاتبرت، ام. و همکاران. الگوهای جهانی و پویایی تعاملات آب و هوا-آب زیرزمینی نات تغییر آب و هوا 9 ، 137–141 (2019).
-
Kundzewicz, ZW & Döli, P. آیا آب های زیرزمینی استرس آب شیرین را تحت تغییرات آب و هوایی کاهش می دهند؟ هیدرولوژی. علمی J. 54 , 665-675 (2009).
-
Michael، HA، Post، VE، Wilson، AM & Werner، AD Science، جامعه، و فشار آب زیرزمینی ساحلی. منابع آب Res. 53 ، 2610–2617 (2017).
-
Post, VEA, Eichholz, M. & Brentführer, R. مدیریت آبهای زیرزمینی در مناطق ساحلی. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) . هانوفر، آلمان، 107 (2018).
-
Colwell, FS & D’Hondt, S. طبیعت و وسعت بیوسفر عمیق. کشیش معدنی. ژئوشیمی. 75 ، 547-574 (2013).
-
McMahon, S. & Ivarsson, M. مرزی جدید برای دیرین زیست شناسی: بیوسفر عمیق عمیق زمین. BioEssays 41 , 1900052 (2019).
-
بیدل، جی اف و همکاران. چشم اندازهای مطالعه تکامل در بیوسفر عمیق جلو. میکروبیول. 2 , 285 (2012).
-
Blatter، D.، Key، K.، Ray، A.، Gustafson، C. & Evans، R. Bayesian وارونگی مشترک داده های الکترومغناطیسی و مغناطیس تلوریک منبع کنترل شده برای تصویربرداری از سفره آب شیرین فراساحلی نیوجرسی. ژئوفیز. J. Int. 218 ، 1822-1837 (2019).
-
عبدالله، اس.، موگی، تی، فومنکو، ای و کیم، اچ. وارونگی سه بعدی داده های GREATEM: کاربرد برای داده های نظرسنجی GREATEM از ساحل Kujukuri، ژاپن. ASEG Extended Abstracts 2016 ، 1-6 (2016).
-
بکن، ام. و همکاران. DESMEX: توسعه سیستم جدید برای اکتشاف الکترومغناطیسی نیمه هوا. ژئوفیزیک 85 ، E253–E267 (2020).
-
لوفی، جی و همکاران. بررسی یکپارچه خشکی – فراساحلی یک آبخوان ساحلی لایهای مدیترانهای آب های زیرزمینی 51 ، 550-561 (2013).
-
مک گرگور، ال و تاملینسون، جی. روش های الکترومغناطیسی با منبع کنترل شده دریایی در صنعت هیدروکربن: آموزش روش و عمل. تفسیر 2 ، SH13-SH32 (2014).
-
لوفی، جی و همکاران. توزیع آب شیرین و آب نمک در رسوبات حاشیه غیرفعال: بینش از برنامه یکپارچه حفاری اقیانوس اکسپدیشن 313 در حاشیه نیوجرسی. Geosphere 9 ، 1009-1024 (2013).
-
Cao, T., Han, D. & Song, X. گذشته، حال و آینده تحقیقات جهانی نفوذ آب دریا: تجزیه و تحلیل کتاب سنجی. جی هیدرول. 603 ، 126844 (2021).
-
کوهن، دی و همکاران. منشأ و گستردگی آبهای دیرینه تازه در فلات قاره اقیانوس اطلس. ایالات متحده آمریکا. آب های زیرزمینی 48 ، 143-158 (2010).
-
مایکل، HA و همکاران. تأثیر زمینشناسی بر شوری آبهای زیرزمینی باعث گردش آب دریا در فلات قاره میشود. ژئوفیز. Res. Lett. 43 ، 10،782-710،791 (2016).
-
Zamrsky، D.، Karssenberg، ME، Cohen، KM، Bierkens، MFP & Oude Essink، GHP ناهمگونی زمینشناسی سیستمهای آب زیرزمینی تلفیقی ساحلی در سراسر جهان و تأثیر آن بر وقوع آبهای زیرزمینی شیرین فراساحلی. جلو. علوم زمین 7 , 339 (2020).
-
Yu, X. & Michael, HA پمپاژ فراساحلی بر منابع آب زیرزمینی خشکی و فرونشست زمین تأثیر می گذارد. ژئوفیز. Res. Lett. 46 ، 2553–2562 (2019).
-
یو، ایکس و مایکل، مکانیزمهای HA، گونهشناسی پیکربندی، و آسیبپذیری نفوذ آب دریا ناشی از پمپاژ در سفرههای زیرزمینی ناهمگن. Adv. Water Res. 128 ، 117-128 (2019).
-
ورکایک، جی و همکاران. مدلسازی موازی حافظه زیرزمینی برای ابزار هیدرولوژیک هلند محیط زیست مدل نرم افزار 143 , 105092 (2021).
-
Kreyns، P.، Geng، X. و Michael، HA تأثیر ناهمگنی متصل بر جریان آب زیرزمینی و توزیع شوری در سفرههای آتشفشانی ساحلی. جی هیدرول. 586 ، 124863 (2020).




Leave A Comment