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The dominance and growth of shallow groundwater resources in continuous permafrost environments

永久冻土 优势(遗传学) 地下水 环境科学 地质学 水文学(农业) 生态学 地球科学 生物 海洋学 岩土工程 生物化学 基因
作者
Joshua C. Koch,Craig T. Connolly,Carson A. Baughman,Marisa Repasch,Heather R. Best,Andrew G. Hunt
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (23)
标识
DOI:10.1073/pnas.2317873121
摘要

Water is a limited resource in Arctic watersheds with continuous permafrost because freezing conditions in winter and the impermeability of permafrost limit storage and connectivity between surface water and deep groundwater. However, groundwater can still be an important source of surface water in such settings, feeding springs and large aufeis fields that are abundant in cold regions and generating runoff when precipitation is rare. Whether groundwater is sourced from suprapermafrost taliks or deeper regional aquifers will impact water availability as the Arctic continues to warm and thaw. Previous research is ambiguous about the role of deep groundwater, leading to uncertainty regarding Arctic water availability and changing water resources. We analyzed chemistry and residence times of spring, stream, and river waters in the continuous permafrost zone of Alaska, spanning the mountains to the coastal plain. Water chemistry and age tracers show that surface waters are predominately sourced from recent precipitation and have short (<50 y) subsurface residence times. Remote sensing indicates trends in the areal extent of aufeis over the last 37 y, and correlations between aufeis extent and previous year summer temperature. Together, these data indicate that surface waters in continuous permafrost regions may be impacted by short flow paths and shallow suprapermafrost aquifers that are highly sensitive to climatic and hydrologic change over annual timescales. Despite the lack of connection to regional aquifers, continued warming and permafrost thaw may promote deepening of the shallow subsurface aquifers and creation of shallow taliks, providing some resilience to Arctic freshwater ecosystems.
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