Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Бассейн реки Портнеф составляет примерно 1329 квадратных миль (3442 км2) по площади. Его среднегодовой расход, измеренный по данным станции USGS 13075910 (река Портнеф у Тайхи), составляет , при максимальном зарегистрированном суточном расходе и минимальном .
The Portneuf River's drainage basin is approximately 1329 square miles (3,442 km2) in area. Its mean annual discharge, as measured by USGS gauge 13075910 (Portneuf River at Tyhee), is , with a maximum daily recorded flow of and a minimum of .
История
Река Портнеф получила свое название до 1821 года от франко-канадских вояжеров, работавших на Северо-Западную торговую компанию, базировавшуюся в Монреале. Долина Портнеф служила маршрутом Орегонской и Калифорнийской троп в середине XIX века. После открытия золота в Монтане и Айдахо она стала важным путем для транспортировки людей и грузов. В 1877 году по долине прошла Юта и Северная железная дорога – первая железная дорога в Айдахо.
The Portneuf River was given its name sometime before 1821 by French Canadian voyageurs working for the Montreal based fur trading North West Company. The valley of the Portneuf provided the route of the Oregon Trail and California Trail in the middle 19th century. After the discovery of gold in Montana and Idaho, it became a significant stage route for the transportation of people and goods. In 1877 the valley was used as the route of the Utah and Northern Railway, the first railroad in Idaho.
Биогеохимия водосбора
Пойма реки Порнеф – это активно используемая и подвергшаяся антропогенному воздействию система. После серии сильных наводнений в начале 1960-х годов Инженерный корпус армии спроектировал и построил бетонный канал для регулирования паводков в 1965 году. Канализация повторяла русло реки и проложила путь через западную часть Покателло, кардинально изменив естественные речные процессы. Распространенным следствием человеческой деятельности является поступление питательных веществ в водную систему как от точечных, так и от рассеянных источников. Река используется четырьмя муниципалитетами (Лава-Хот-Спрингс, МакКаммон, Инком и Покателло) вдоль всего ее течения. Динамичная геология региона и интенсивное использование реки местным населением сформировали уникальный комплекс химических характеристик, обусловленный как биологическими процессами, так и взаимодействием с местной геологией.
The Portneuf River watershed is a heavily used and anthropogenically altered system. After a series of heavy floods in the early 1960s the Army Corps of Engineers designed and constructed a concrete channel to control flooding in 1965. The channelization followed the river's route and cut through the west side of Pocatello, drastically altering the natural river processes. One common result of human activity is the loading of nutrients into the water system through both point and non point sources. The river is subjected to use by four municipalities (Lava Hot Springs, McCammon, Inkom, and Pocatello) over its length. The dynamic geology of the region and the heavy use by the local populations have produced a unique set of chemical characteristics associated with both the biological processes and the interactions with the local geology.
Нитраты
Поток питательных веществ со смывом с территорий интенсивного сельского хозяйства и животноводства вдоль русла реки заметно увеличил концентрацию нитратов в воде. Это усугубляется поступлением очищенных сточных вод с очистных сооружений города Покателло и отходами, образующимися на фосфатном заводе Simplot. Увеличенная нагрузка питательными веществами способствует увеличению биомассы в экосистеме.
Nutrient runoffs from intensive agriculture and ranching along the route of the river have noticeably increased the nitrate loads in the stream. This is compounded by the addition of treated effluent from the city of Pocatello's wastewater treatment facility and the waste associated with the phosphate processing plant, Simplot. This increased nutrient load supports an increased biomass within the system.
Обмен углерода
Обмен неорганического углерода между твердой землей и атмосферой в водоразделе Портнеф привел к образованию отложений CaCO3 по всей системе. Эти отложения, известные как травертин и туф, формируются под влиянием динамики грунтовых вод и геологии региона. Туф известен в геологическом сообществе как мягкие и пористые отложения CaCO3, связанные с движущимися пресноводными средами. Травертин – родственное отложение, отличающееся тем, что связано с термальными водами. Осаждение туфа – сложный процесс, включающий растворение, насыщение, подповерхностный транспорт, выход на поверхность и осаждение. Обе формы осажденного CaCO3 присутствуют в водоразделе Портнеф. Ряд различных, но взаимосвязанных процессов контролирует осаждение CaCO3 в естественных водных системах. Химические процессы определяются химическими свойствами участвующих элементов и молекул. Физические процессы определяются характеристиками системы водосбора (градиент, поток, субстрат, свойства потока грунтовых вод). Биотические процессы обусловлены деятельностью живых организмов.
The exchange of inorganic carbon between the solid earth and the atmosphere in the Portneuf watershed has produced deposits of CaCO3 throughout the system. Known as travertine and tufa, these deposits are formed as a function of the dynamic groundwater and geology of the region. Tufa is known throughout the geologic collective as the soft and porous CaCO3 deposits associated with moving freshwater environments. Travertine is a related deposit separated by the fact that it is associated with thermal waters. Deposition of tufa is complex, involving processes of dissolution, saturation, subsurface transport, emergence and precipitation. Both versions of precipitated CaCO3 are present in the Portneuf watershed. Several very different but related processes control the precipitation of CaCO3 in natural aqueous systems. The chemical processes are driven by the chemical properties of the elements and molecules involved. The physical processes are driven by characteristics of the watershed system (gradient, flow, substrate, groundwater flow properties). The biotic processes are driven by the activities of living organisms.
Химические процессы
Формации карбоната кальция связаны с областями, где атмосферные воды обогащаются карбонатом кальция в результате непосредственного растворения богатых CaCO3 пород под землей, а затем вновь выходят на поверхность и переосаждаются в виде кальцита. Хорошо известно, что геология водосборного бассейна Портнеф содержит значительные мощности слоев известняка и доломита, преимущественно палеозойского возраста. Обогащение CaCO3 в атмосферных водах происходит за счет добавления CO2 либо через взаимодействие с атмосферой, либо при инфильтрации через слои почвы, содержащие органические соединения. Это насыщение CO2 в грунтовых водах способствует растворению карбонатных пород, поскольку понижает pH, и является существенным объяснением образования, по крайней мере, некоторых форм рельефа в регионе, особенно в районе города Лава-Хот-Спрингс. На рисунке ниже представлена схематичная иллюстрация продольного профиля реки Портнеф от чуть ниже водохранилища Честерфилд до выше водохранилища Американ-Фолс, адаптированная из работы Minshall, 1973 года.
Calcium carbonate formations are associated with regions where meteoric waters become enriched with calcium carbonate by direct dissolution of CaCO3 rich rocks underground only to resurface and re precipitate calcite. It is well known that the geology of the Portneuf watershed contains large thicknesses of limestone and dolomite strata that are mostly Paleozoic. Enrichment of CaCO3 in the meteoric waters is due to the addition of CO2 either through interaction with the atmosphere, or infiltrating through organic compound containing soil layers. This saturation of CO2 in the groundwater allows for the dissolution of carbonate rocks as it drives pH down. and is a relevant explanation for at least some formation through the region, especially through the town site of Lava Hot Springs. The figure below is a schematic representation of the stream gradient of the Portneuf from just below Chesterfield Reservoir and above American Falls Reservoir adapted from Minshall, 1973.
Биотические процессы
Третий признанный механизм развития туфа – активная роль биоты. Водоросли и мхи, наряду с высшими растениями и некоторыми насекомыми, часто захватывают мельчайшие частицы в своих извилистых корнях, листьях и структурах, служащих укрытием/кормлением, выступая в качестве центров кристаллизации для дальнейшего осаждения. Это может объяснить некоторые места отложений, но биота играет более важную роль, поскольку фотосинтезирующие растения удаляют CO2 из воды, дополнительно концентрируя Ca2+ и CO32− и стимулируя осаждение. Река Порнеф на этом участке богата растительностью не только из-за накопления питательных веществ при протекании через сельскохозяйственные угодья, но и благодаря притокам теплой воды, которые защищают реку от воздействия суровых зимних температур. Это может быть механизмом потенциального увеличения образования туфа на этом участке. Интересное исследование, проведенное в 1972 году, показало, что развитие туфа и травертина заполнило пустоты, обычно встречающиеся в каменистом русле реки. Это имело последствия для некоторых роющих организмов, а также для круговорота питательных веществ. Осаждение туфа в бассейне реки Порнеф происходит в результате сочетания четырех сложных механизмов: растворение известняков метеорными водами, содержащими угольную кислоту, дегазация CO2 в турбулентных зонах, удаление CO2 фотосинтезирующими растениями и улавливание частиц CaCO3 биотой. Сложные взаимодействия между этими различными механизмами, возможно, никогда не будут полностью поняты, но дают представление о формировании этих образований.
The third recognized mechanism for tufa development is the active role played by the biota. Algae and mosses, along with higher plants and some insects, often trap tiny particles within their sinuous roots, fronds, and shelter/feeding structures, acting as nucleation points for further precipitation. This may explain some of the deposition locations, but the biota plays a larger role as photosynthetic plants remove CO2 from the water, further concentrating the Ca2+ and CO32− and driving precipitation. The Portneuf through this reach is rich in plant life not only due to the nutrient accumulation as it travels through farmland but from the warm water inputs that protect the stream from the effects of the harsh cold of winter temperatures. This could be a mechanism for potentially increasing tufa formation through the reach. An interesting study completed in 1972 showed evidence that the development of tufa and travertine filled the interstices normally found on the rocky river. This had implications for some burrowing organisms as well as nutrient cycling. Precipitation of tufa in the Portneuf drainage is produced through the combination of four complex mechanisms: dissolution of limestones by meteoric waters containing carbonic acids, degassing of CO2 at turbulent sites, the removal of CO2 by photosynthetic plants, and the trapping of particles of CaCO3 by the biota. The complex interactions between these different mechanisms may never be fully understood but offer insight into the occurrence of formations.