Кіріспе

Портнеф өзенінің су жиналатын алабының ауданы шамамен 1329 шаршы миль (3442 км²) құрайды. USGS 13075910 нөмірімен тіркелген (Тайхидегі Портнеф өзені) өлшеуіш бойынша орташа жылдық су шығыны , ал ең жоғары тәуліктік су ағыны және ең төменгісі .

Тарих

Портнеф өзеніне 1821 жылға дейін Монреальдегі тері саудасымен айналысқан Солтүстік-Батыс компаниясының француз-канадтық саяхатшылары ат қойған. Портнеф аңғары 19-ғасырдың ортасында Орегон және Калифорния жолдарының бағыты болды. Монтана және Айдахода алтынның табылуынан кейін, ол адамдар мен тауарларды тасымалдау үшін маңызды бағытқа айналды. 1877 жылы бұл аңғар Идахо штатындағы алғашқы темір жол – Юта және Солтүстік темір жолының құрылысына пайдаланылды.

Су айдынының биогеохимиясы

Порнеф өзенінің су алабы - кеңінен пайдаланылатын және адам қызметінен өзгертілген жүйе. 1960 жылдардың басындағы бірнеше ауыр су тасқынынан кейін, Армия инженерлік корпусы 1965 жылы су тасқынын бақылау үшін бетон арнаны жобалап салды. Арна өзеннің бағытын ұстанды және Покателло қаласының батыс жағынан өтті, бұл өзеннің табиғи процестерін күрт өзгертті. Адам қызметінің әдеттегі салдары – су жүйесіне нүктелік және нүктелік емес көздер арқылы қоректік заттардың түсуі. Өзен Лава Ыстық бұлақтары, МакКаммон, Инком және Покателло қалаларының су пайдалануына ұшырайды. Аймақтың серпінді геологиясы және жергілікті тұрғындардың көптеп пайдалануы биологиялық процестермен және жергілікті геологиямен байланысты ерекше химиялық қасиеттер жиынтығын қалыптастырды.

Нитраттар

Өзен бойындағы қарқынды егіншілік және мал шаруашылығынан болатын қоректік заттардың шайылуы өзендегі нитрат мөлшерін айқын түрде арттырды. Бұған Покателло қаласының сарқынды суларды тазартатын станциясынан шығатын тазартылған сулар және Simplot фосфатты өңдейтін зауытының қалдықтары да қосылады. Қоректік заттардың осылай артуы жүйедегі биомассаның көбеюіне себеп болады.

Көміртегі алмасу

Порнеф су алабындағы қатты Жер мен атмосфера арасындағы бейорганикалық көміртегінің алмасуы жүйе бойында CaCO3 шөгінділерін қалыптастырды. Бұл шөгінділер травертин және туфа деп аталады, олар аймақтың динамикалық жер асты сулары мен геологиялық құрылысының нәтижесінде пайда болады. Туфа геологиялық қоғамдастықта жылжымалы тұщы су орталарымен байланысты жұмсақ және кеуекті CaCO3 шөгінділері ретінде белгілі. Травертин – оған ұқсас шөгінді, бірақ ол термалды сулармен байланысты екендігімен ерекшеленеді. Туфаның шөгінуі күрделі процесс, ол еріту, қанығу, жер асты арқылы тасымалдау, бетке шығу және шөгінді түзілу сияқты кезеңдерді қамтиды. Тұндырылған CaCO3-тың екі түрі де Порнеф су алабында кездеседі. Табиғи сулы жүйелерде CaCO3 шөгіндісін бірнеше түрлі, бірақ байланысты процестер бақылайды. Химиялық процестерлер қатысқан элементтер мен молекулалардың химиялық қасиеттерімен шақырылады. Физикалық процестер су алабы жүйесінің сипаттамаларымен (градиент, ағыс, субстрат, жер асты суларының ағын қасиеттері) басқарылады. Биотикалық процестер тірі организмдердің қызметімен шақырылады.

Химиялық процестер

Кальций карбонатының түзілімдері метеориттік сулардың кальций карбонатымен қанығуымен байланысты аймақтарда кездеседі. Бұл сулар CaCO3-ға бай тау жыныстарының жер астында тікелей еріуі нәтижесінде пайда болып, қайтадан кальцит ретінде тұнады. Портнеф суайдынының геологиясы негізінен палеозой дәуіріне жататын әк және доломит қабаттарының қалыңдығымен ерекшеленеді. Метеориттік сулардағы CaCO3-тың артуы атмосферамен өзара әрекеттесу немесе органикалық заттарды қамтитын топырақ қабаттары арқылы сүзіліп өтетін CO2-нің қосылуынан туындайды. Жер асты суларындағы CO2-нің қанығуы карбонатты тау жыныстарының еріуіне жағдай жасайды, себебі ол pH деңгейін төмендетеді. Бұл аймақтағы, әсіресе Лава Ыстық Бұлағы қаласының аумағындағы кейбір түзілімдердің пайда болуын түсіндіретін маңызды фактор болып табылады. Төмендегі сурет – Честерфилд суқоймасының төменгі және Американские водопады суқоймасының жоғарғы бөлігінен Портнеф өзенінің ағысының схемалық бейнесі, ол 1973 жылы Миншаллдан алынған.

Биотикалық процестер

Тюфтың дамуының үшінші танылған механизмі – биотаның белсенді атқаратын рөлі. Алга мен мүк, жоғары сатыдағы өсімдіктер және кейбір жәндіктер жиі өздерінің ирек тамырларында, жапырақшаларында және пана/тамақтану құрылымдарында ұсақ бөлшектерді ұстап, одан әрі шөгіну үшін ядролық нүктелерге айналады. Бұл кейбір шөгінді орналасқан жерлерді түсіндіруге мүмкіндік береді, бірақ биотаның рөлі одан да зор, себебі фотосинтездік өсімдіктер судан CO2-ні алып, Ca2+ және CO32− концентрациясын арттырып, шөгіндіні ынталандырады. Порнеф өзенінің осы бөлігі өсімдіктерге бай болуына себеп – оның шаруашылық жерлер арқылы өтіп бара жатқанда қоректік заттардың жиналуы және жылы судың құйылуы, ол өзенді қыстың суығынан қорғайды. Бұл өзен бойында туфтың қалыптасуын күшейтуге мүмкіндік беретін механизм болуы мүмкін. 1972 жылы жасалған бір қызықты зерттеуде, тас өзеніндегі кеңістіктерді туф пен травертиннің толтырғанына дәлелдер келтірілді. Бұл кейбір қазба организмдерге және қоректік заттар айналымына әсер етті. Порнеф су жүйесінде туфтың шөгінуі төрт күрделі механизмнің үйлесуі арқылы жүзеге асырылады: көмір қышқылы бар метеориттік сулардың әктастарды ерітуі, турбуленттік аймақтарда CO2-нің дегазациясы, фотосинтездік өсімдіктердің CO2-ні сіңіруі және биотаның CaCO3 бөлшектерін ұстап алуы. Осы әртүрлі механизмдер арасындағы күрделі өзара әрекеттесулер толыққанды түсінілмеуі мүмкін, бірақ олар формациялардың пайда болуына түсінік береді.