基于稀土元素与钇（REY）地球化学特征及DRASTIC模型的尤卡坦半岛岩溶地下水脆弱性评估

本研究针对热带岩溶区地下水脆弱性评估难题，创新性整合稀土元素与钇（REY）地球化学示踪技术与DRASTIC模型，通过60个天然井样本的NASC标准化模式、主成分分析（PCA）和层次聚类（HCA），揭示了碳酸盐溶解、蒸发岩风化和氧化还原敏感过程对REY分异的控制机制，证实Ce负异常（0.75–1.12）与Eu正异常（1.32–1.55）可作为人为污染敏感指标，为热带岩溶区水资源保护提供新范式。

　　

在墨西哥尤卡坦半岛独特的岩溶地貌中，数以万计的天然井（cenotes）不仅是玛雅文明的圣泉，更是现代居民赖以生存的地下水源。然而，这片由多孔碳酸盐岩构成的"瑞士奶酪"式地质结构，使得污染物能够快速渗透并扩散，传统的水化学指标如电导率、硝酸盐浓度难以捕捉复杂的岩溶水文过程。更棘手的是，旅游业和农业扩张正不断改变着地下水的化学平衡，但科学界对污染物迁移路径和生态风险仍缺乏精准评估工具。

针对这一挑战，来自墨西哥国立自治大学（Universidad Nacional Autónoma de México）的Andrea Gómez-Hernández团队在《Science of The Total Environment》发表了一项突破性研究。研究人员创造性地将稀土元素与钇（Rare Earth Elements and Yttrium, REY）的地球化学示踪能力与经典的DRASTIC地下水脆弱性模型相结合，对半岛北部60个天然井展开系统调查。通过北美页岩组合（NASC）标准化处理REY数据，运用层次聚类分析（HCA）和主成分分析（PCA）解析水文地球化学过程，并结合GIS技术实现脆弱性空间可视化。

研究首先通过采集深浅两层地下水样本，测定电导率（EC）、总溶解固体（TDS）及主要离子含量，发现深层水样呈现显著的高矿化度特征（EC达28,860 μS cm^?1）。REY标准化模式揭示出四类水化学相：Ca-Mg-HCO₃型、Na-Cl型、Ca-Mg-SO₄型和混合型，其中氧化条件下形成的Ce负异常（0.75–1.12）与还原环境相关的Eu正异常（1.32–1.55）形成鲜明对比。PCA分析进一步识别出三大驱动因子：碳酸盐岩溶解（贡献率38.7%）、蒸发岩风化（22.3%）和海盐入侵（18.5%）。

在空间分布方面，DRASTIC模型划定的高脆弱区（指数110–140）与岩溶发育带高度吻合，这些区域REY配分模式显著受人为活动干扰。特别值得注意的是，聚类分析将样本分为南北两大群组，北部群组REY富集特征与农业区氮磷输入密切相关，而东部群组则更多反映海水入侵影响。岩性分析表明，上新世贝壳灰岩区的天然井普遍表现出更强的REY分馏效应。

该研究首次证实REY可作为热带岩溶地下水系统的"地球化学指纹"：Ce异常指示氧化性污染物迁移路径，Eu异常标记还原性污染物汇集区。这种创新方法将传统脆弱性评估的精度提升了47%，为制定分区保护策略提供了科学依据。正如通讯作者Elizabeth Teresita Romero-Guzmán强调的："REY与DRASTIC的协同应用，就像给岩溶地下水系统安装了高精度CT，让我们能透视那些曾经看不见的污染传输通道。"这项成果不仅为尤卡坦半岛水资源管理带来曙光，更为全球同类岩溶区的生态保护提供了可复制的技术框架。