ایزوتوپی کارست و منشا چشمه های آبخوان مرزی خراسان شمالی

منابع آبی کارست به ویژه در نواحی خشک، به‌عنوان مهم ترین منبع آب شرب در دنیا محسوب می شوند که اولین مرحله برای مدیریت بهتر آن‌ها، تعیین منشا و حوضه‌ آبگیر و فرآیندهای هیدروژئوشیمیایی حاکم بر آن‌هاست. آبخوان کارستی مورد مطالعه، واقع در استان خراسان شمالی، دارای رخنمون گسترده ای از آهک های تیرگان است. این آبخوان بزرگ و مرزی علی‌رغم تغذیه‌ زیاد، توسط تعداد معدودی چشمه‌ کارستی (ارناوه، رزقانه، اسطرخی، قردانلو، ایوب و سرانی) با دبی بین 15 تا 500 لیتر بر ثانیه تخلیه می‌شود. نمونه های آب چشمه ها و بارش برای یک دوره‌ یک ساله جمع‌آوری و یون های اصلی و ایزوتوپ های پایدار (δ18o و δd) برای تعیین خط بارش ایزوتوپی، تعیین منشا، منابع تغذیه و فرآیند های ژئوشیمیایی حاکم بر منابع کارستی منطقه، آنالیز شده است. مقدار هدایت الکتریکی بین 250 تا 800 میکروموس بر سانتی‌متر در چشمه های آب سرد و حدود 1020 میکروموس بر سانتی متر در چشمه‌ آب گرم ایوب متغیر است. با توجه به نتایج هیدروشیمیایی و نسبت‌های یونی، رخساره‌های غالب در این آبخوان کارستی، رخساره‌ بیکربناته کلسیک منیزیک ناشی از انحلال سنگ کربناته و سولفاته کلسیک ناشی از انحلال ژیپس و پیریت در چشمه ایوب هستند. در چشمه ارناوه، ایوب و رزقانه، میزان غلظت یون‌های سدیم و پتاسیم نیز وجود اپی کارست و لایه های شیلی و مارنی زیادتر در حوضه‌ آبگیر این چشمه ها، غالب بودن جریان افشان و زمان ماندگاری زیادتر آب افزایش یافته است. بر اساس پارامترهای فیزیکو شیمیایی، تغییرات دبی با مقدار هدایت الکتریکی و دما در چشمه های اسطرخی و سرانی به دلیل بزرگ تر بودن حوضه‌ آبگیر و توسعه بیشتر کارست، محسوس تر است و رابطه‌ عکس نشان می دهند. برای اولین بار معادله‌ خط بارش ایزوتوپی محدوده‌ چشمه ها بر اساس داده های برداشت شده به‌صورت δ2h = 7 δ18o + 6.32 ارائه شده است؛ به گونه‌ای که شیب و عرض از مبدا کمتری نسبت به خط بارش ایزوتوپی جهانی به علت تاثیر تبخیر ثانویه از باران در طول بارش، نشان می دهد. همه‌ چشمه های مورد مطالعه روی خط آب جوی محلی و در نزدیکی خط مدیترانه واقع شده اند که می توان نتیجه گرفت بارش هایی که باعث تغذیه‌ این چشمه ها می شوند منشا جوی دارند که بیشتر از توده های هوایی مدیترانه‌ای نشات می گیرند. غنی تر بودن ترکیب ایزوتوپی چشمه ارناوه به‌دلیل کمی تبخیر در طول مسیر جریان آب از آهک مارنی با قابلیت نفوذپذیری کم و همچنین ضخامت زیاد اپی کارست در حوضه‌ آبگیر آن که تاییدکننده‌ نتایج هیدروشیمیایی و هیدروژئولوژی است. حوضه‌ آبگیر چشمه ها تاقدیس های مجاور آن‌ها است که با استفاده از داده های ایستگاه‌های مختلف اطراف چشمه ها مقدار δ18o بین %0.32 و %1.6 در هر 100 متر ارتفاع تغییر کرده و ارتفاع تغذیه‌ چشمه‌ها بین 2200 تا 2700 متر متغیر می‌باشد که تاییدکننده‌ حوضه‌ آبگیر آن‌هاست.