منابع آبی کارست به ویژه در نواحی خشک، به‌عنوان مهم­ترین منبع آب شرب در دنیا محسوب می­شوند که اولین مرحله برای مدیریت بهتر آن‌ها، تعیین منشأ و حوضة آبگیر و فرآیندهای هیدروژئوشیمیایی حاکم بر آن‌هاست. آبخوان کارستی مورد مطالعه، واقع در استان خراسان شمالی، دارای رخنمون گسترده­ای از آهک­های تیرگان است. این آبخوان بزرگ و مرزی علی‌رغم تغذیة زیاد، توسط تعداد معدودی چشمة کارستی (ارناوه، رزقانه، اسطرخی، قردانلو، ایوب و سرانی) با دبی بین 15 تا 500 لیتر بر ثانیه تخلیه می‌شود. نمونه­های آب چشمه­ها و بارش برای یک دورة یک ساله جمع‌آوری و یون­های اصلی و ایزوتوپ­های پایدار (δ¹⁸O و δD) برای تعیین خط بارش ایزوتوپی، تعیین منشأ، منابع تغذیه و فرآیند­های ژئوشیمیایی حاکم بر منابع کارستی منطقه، آنالیز شده است. مقدار هدایت الکتریکی بین 250 تا 800 میکروموس بر سانتی‌متر در چشمه­های آب سرد و حدود 1020 میکروموس بر ­سانتی­متر در چشمة آب گرم ایوب متغیر است. با توجه به نتایج هیدروشیمیایی و نسبت‌های یونی، رخساره‌های غالب در این آبخوان کارستی، رخسارة 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 اپی­کارست و لایه­های شیلی و مارنی زیادتر در حوضة آبگیر این چشمه­ها، 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 چشمه­های اسطرخی و سرانی به­دلیل بزرگ­تر بودن حوضة آبگیر و توسعه بیشتر کارست، محسوس­تر است و رابطة عکس نشان می­دهند. برای اولین بار معادلة خط بارش ایزوتوپی محدودة چشمه­ها بر اساس داده­های برداشت شده به‌صورت δ²H = 7 δ¹⁸O + 6.32 ارائه شده است؛ به گونه‌ای که شیب و عرض از مبدأ کمتری نسبت به خط بارش ایزوتوپی جهانی به علت تأثیر تبخیر ثانویه از باران در طول بارش، نشان می­دهد. همة چشمه­های مورد مطالعه روی خط آب جوی محلی و در نزدیکی خط مدیترانه واقع شده­اند که می­توان نتیجه گرفت بارش­هایی که باعث تغذیة این چشمه­ها می­شوند منشأ جوی دارند که بیشتر از توده­های هوایی مدیترانه‌ای نشأت می­گیرند. غنی­تر بودن ترکیب ایزوتوپی چشمه ارناوه به‌دلیل کمی تبخیر در طول مسیر جریان آب از آهک مارنی با قابلیت نفوذپذیری کم و همچنین ضخامت زیاد اپی­کارست در حوضة آبگیر آن که تأییدکنندة نتایج هیدروشیمیایی و هیدروژئولوژی است. حوضة آبگیر چشمه­ها تاقدیس­های مجاور آن‌ها است که با استفاده از داده­های ایستگاه‌های مختلف اطراف چشمه­ها مقدار δ¹⁸O بین %0.32 و %1.6 در هر 100 متر ارتفاع تغییر کرده و ارتفاع تغذیة چشمه‌ها بین 2200 تا 2700 متر متغیر می‌باشد که تأییدکنندة حوضة آبگیر آن‌هاست.