Mapping bar-sand coastal aquifer structure and saltwater intrusion mechanisms using Electrical Resistivity Tomography: a case study fromBinh Thuan coast, south-central Vietnam

多くの熱帯諸国の沿岸部では、地中に貴重で目に見えない資源が眠っています。それは、より重い塩水の上に浮かぶ、淡水のレンズ状の層です。この自然な分離は非常に脆弱です。人々が水を汲み出しすぎたり、海面が上昇したりすると、塩水が内陸へと押し寄せ、淡水の供給源を飲めないものに変えてしまいます。砂質の沿岸地域において、この境界線は明確な線ではなく、潮汐や季節とともに変化する混合帯となります。この塩水が正確にどこに位置し、どのように移動しているかを理解することは、これらの地下貯留層を日々の生存のために頼りにしているコミュニティにとって極めて重要です。科学者たちは以前から、塩水は淡水よりもはるかに電気を通しやすいという事実を知っており、これは、穴を一つも掘ることなく地下を「見る」ことを可能にする単純な物理的事実です。電気の流れやすさを測定することで、彼らは隠れた砂と水の層をマッピングし、淡水と塩水を区別することができるのです。

ベトナムの中南部の海岸では、研究チームがビントゥアン海岸として知られる95キロメートルの海岸線にわたって、これら隠れた層をマッピングする調査を行いました。この地域は、古い火山岩の上に位置する古代の砂丘とビーチリッジ（浜堤）によって構成されています。地表は連続した砂のベルトのように見えますが、地下構造は複雑であり、塩水汚染の脅威も高い状態にあります。研究者たちは、地面に電流を送る特殊な装置を持って、ビーチや砂丘に沿って歩きました。彼らは、地形の断面図を作成する手法である「電気比抵抗トモグラフィ」を用いました。これは、風景に対する医療スキャンのようなものです。彼らは計8本の長い電極線を配置して合計で2キロメートル近くに及び、深さ57メートルまでの土壌の抵抗値を測定しました。データは、地下の世界の明快な姿を明らかにしました。すなわち、乾燥した、あるいは淡水の砂の最上層、中間にある遷移帯、そして深部にある導電性の高い塩水の層です。

この調査によって作成された地図は、塩水が淡水に侵入する4つの異なる様態についての物語を伝えています。場所によっては、その侵入は自然的で予測可能なものです。海洋の最前線や河口では、塩水が楔（くさび）状に内陸へと押し寄せ、地下深くへ進むにつれて高く盛り上がります。これは、水文学者がよく知る古典的なパターンです。これは、淡水と塩水の密度の差による直接的な結果であり、より重い塩水がより軽い淡水の下に滑り込む現象です。しかし、本研究では、人間の活動が他の、より混沌とした汚染パターンを生み出していることが判明しました。ある場所では、研究者たちは古い採掘作業によって残された窪地に閉じ込められた、非常に塩分の高い水の塊を発見しました。数十年前、採掘者たちはチタンを抽出するために砂丘を掘り下げ、鉱石を洗浄するために海水を使用していました。その海水が、現在も低地に閉じ込められており、周囲の砂へとゆっくりと漏れ出し、採掘が停止した後も長く残る塩分の痕跡（レリック・プルーム）を作り出しています。

他の場所では、塩水の源は活動的かつ継続的なものです。調査では、エビ養殖場の直下や付近に低抵抗帯が特定されました。沿岸部で一般的なこれらの養殖場では、エビを育てるために海水を使用します。研究者たちは、海水が養殖池から地面へと染み出したり、浅い帯水層に直接排出される開渠を通じて流出したりしている様子を観察しました。ある特定のケースでは、海岸と平行に測定線が引かれ、両端は海から等距離にありました。一方の端は淡水を示していましたが、もう一方の端は深い塩水の異常値を示していました。唯一の違いは、塩水の端がエビ養殖場の排水システムの上に位置していたことでした。これにより、汚染は海洋から来ているのではなく、養殖場自体から上方から地面へと浸透していることが証明されました。

最も複雑な状況は、ソンファン川の河口で見られました。ここでは、地下のセクション全体が高度に導電的であり、塩水と淡水の混合を示していました。研究者たちは、これが単一の原因によるものではなく、3つの要因が組み合わさった結果であると判断しました。第一に、乾季には河川の流量が減少するため、潮汐が塩水を上流へと押し上げます。第二に、この地点の地盤はきれいな砂ではなく粘土やシルトで構成されており、塩分に関わらず、自然に電気を通しやすく、抵抗値を低くさせる性質があります。第三に、近くの活発なエビ養殖場が塩水を同じエリアに排出しています。その結果、自然の潮汐、人間の排水、そして土壌のタイプが組み合わさり、解きほぐすのが困難な深刻な汚染ゾーンを作り出すという複合的な影響が生じています。

また、本研究は淡水レンズ自体の形状についても確認しました。砂丘が厚く高い場所では、淡水は厚い乾燥砂のキャップによって保護され、深く安定した位置にあります。これらの地点では、塩水の楔は帯水層の底部へと押し下げられ、上層の飲料水を安全に保っています。研究者たちは、この淡水層の厚さが、砂丘の高さや河口からの距離に応じて、海岸沿いで大きく変化することを発見しました。彼らは、作成した電気マップを近くの井戸から採取された水サンプルと比較することで、その手法の正確性を検証しました。水サンプルによれば、地面の抵抗が高い場所では水は淡水であり、抵抗が低い場所では水は塩水であることが示されました。

この研究は、淡水と塩水の間の目に見えない戦いを、非侵襲的な方法で可視化する明確な手段を提供しています。それは、物理法則が塩水の楔の一般的な形状を決定している一方で、採掘やエビ養殖といった人間の活動が、異なるルールに従う局所的な汚染のポケットを作り出していることを示しています。この知見は、資源管理には単に潮汐を監視するだけでなく、古い採掘跡から現代の排水溝に至るまで、その土地の具体的な歴史を理解することが求められることを示唆しています。電気的なマップは、現在の帯水層の状態を示すスナップショットとしての基準となり、時間の経過に伴う変化を監視するために使用することができます。この海岸に暮らす人々にとって、塩がどこにあり、それがどのようにしてそこに至ったのかを正確に知ることは、彼らが依存している淡水を守るための第一歩なのです。