Hydrochemical and isotopic tools to evaluate the groundwater role in the hydrological functioning of a Pampean lake, Buenos Aires province, Argentina

Melisa Glok-Galli; Viviana  Colasurdo; Daniel E. Martínez; Fabián Grosman; Orlando M. Quiroz Londoño; Pablo Sanzano

doi:10.21701/bolgeomin/134.4/003

Authors

Melisa Glok-Galli UNCPBA
Viviana Colasurdo UNCPBA
Daniel E. Martínez UNMDP-CICPBA
Fabián Grosman UNCPBA
Orlando M. Quiroz Londoño UNMDP-CICPBA
Pablo Sanzano UNCPBA

DOI:

https://doi.org/10.21701/bolgeomin/134.4/003

Keywords:

Hydrochemical Modelling, Interaction, Ionic Ratios, La Barrancosa Lake, Stable Isotopes

Abstract

Waters from the fractured-karstic and detritic (Pampeano) aquifers, and from surface water bodies are closely interacting in the Tapalqué Creek Upper Basin (CSAT for its acronym in Spanish), southeast of the Chaco-Pampean plain, Argentina. The La Barrancosa lake, endorheic and of socio-economic and cultural relevance, is located in this basin headwater. Within the framework of an integrated vision of these water resources, the main objective of this work is to know this lake’s water origin, as well as to identify and explain the processes involved in its interaction with the Pampeano aquifer. Hydrochemical and isotopic (δ2H and δ18O) tools were jointly used, with special emphasis on the ionic ratios study and the hydrochemical modelling. The rainwater evaporation during infiltration into aquifers and the dissolution/weathering of the geological materials rich in Ca2+, Mg2+ and K+ present in the study area, are the main processes that determine the composition of waters in the recharge zones. The dissolution of Na+-rich minerals and the cationic exchange are of relevance toward the plain zone. This last process and the concentration by evaporation control the composition of the La Barrancosa lake waters (effluent). These conclusions are validated by the δ2H, δ18O and d values characteristic of the CSAT waters and can be extrapolated to other basins developed in similar
environments.

Downloads

Download data is not yet available.

References

Adrian, R., O'Reilly, C. M., Zagarese, H., Baines, S. B., Hessen, D. O., Keller, W., and Weyhenmeyer, G. A. (2009). Lakes as sentinels of climate change. Limnology and oceanography, 54, 2283-2297. https://doi.org/10.4319/lo.2009.54.6_part_2.2283

Alfonso, M. B., Vitale, A. J., Perillo, G. M. E., and Piccolo, M. C. (2019). Utilidad del monitoreo lagunar ambiental con boyas multiparamétricas en la región Pampeana: laguna La Barrancosa. In: Grosman, F., Sanzano, P., and Bertora, A. Tandil, UNCPBA. Destino: La Barrancosa. Una invitación a conocer las lagunas pampeanas. Capítulo 7, 100-112. ISBN 978-950-658-495-5. Primera Edición. Archivo Digital disponible en: http://hdl.handle.net/11336/119694.

APHA-AWWA-WPCF (1992). Métodos Normalizados para el Análisis de Aguas Potables y Residuales. Ediciones Díaz de Santos. S. A. Madrid. España.

Appelo, C. A. J., and Postma, D. (1993). Geochemistry, groundwater and pollution. Rotterdam, Brookfield: A. A. Balkema. 536 pp.

Arrouy, M. J., Poiré, D. G., Gómez Peral, L. E., and Canalicchio, J. M. (2015). Sedimentología y estratigrafía del Grupo La Providencia (nom. nov.): cubierta superior neoproterozoica, Sistema de Tandilia, Argentina. Latin American Journal of Sedimentology and Basin Analysis, 22(2), 171-189.

Auge, M. P. (1993). Abastecimiento de agua potable a la ciudad de Olavarría, provincia de Buenos Aires-Informe final. 121 pp. CFI, Municipalidad de Olavarría, Obras Sanitarias Prov. Bs. As. Auge, M. P. (2004). Regiones Hidrogeológicas: República Argentina y provincias de Buenos Aires, Mendoza, Santa Fe. E-Book. http://tierra.rediris.es/hidrored/ebooks/miguel/RegionesHidrogeol.pdf.

Bécher Quinodóz, F. N., Blarasin, M. T., and Panarello, H. O. (2015). Geochemical and isotopical modeling of groundwater-surface water relationships in the sand plain of the south of Cordoba province. Revista de la Asociacion Geologica Argentina, 72(4), 506-518.

Bécher Quinodóz, F. N., Blarasin, M. T., Panarello, H. O., and Ducos, E. (2017). Assessing interactions between groundwater and surface water in a Pampean stream. Hydrology Research, 48(4), 1045-1057. doi: 10.2166/nh.2016.100. https://doi.org/10.2166/nh.2016.100

Bocanegra, E. M., Quiroz Londono, O. M., Martínez, D. E., and Romanelli, A. (2013). Quantification of the water balance and hydrogeological processes of groundwater-lake interactions in the Pampa Plain, Argentina. Environmental earth sciences, 68(8), 2347-2357. https://doi.org/10.1007/s12665-012-1916-4

Bonorino, G., Albouny, R., and Rossi, S. (2001). La inﬂuencia del sistema carbonatado sobre el quimismo del agua subterránea (cuenca superior del arroyo Chasicó). Geoacta, 26, 1-11.

Burkert, U., Ginzel, G., Babenzien, H. D., and Koschel, R. (2004). The hydrogeology of a catchment area and an artiﬁcially divided dystrophic lake-consequences for the limnology of Lake Fuchskuhle. Biogeochemistry, 71, 225-246. https://doi.org/10.1007/s10533-004-8132-6

Calmbach, L., and Waterloo Hydrogeologic Inc. (2003). Water quality data analysis, plotting, and modeling. Aquachem user's manual v.4.0., co-developed by Lukas Calmbach and Waterloo Hydrogeologic, Inc., Estados Unidos. 276 pp.

Canziani, G., Castets, F., Maestri, M. L., and Ferrati, R. (2019). Uso de imágenes satelitales para el estudio de las lagunas pampeanas. El caso de la laguna La Barrancosa. In: Grosman, F., Sanzano, P., Bertora, A. Tandil, UNCPBA. Destino: La Barrancosa. Una invitación a conocer las lagunas pampeanas. Capítulo 6, 77-98. ISBN 978-950-658-495-5. Primera Edición. Archivo Digital disponible en: http://hdl.handle.net/11336/119694.

Carpenter, S. R., Stanley, E. H., and Vander Zanden, M. J. (2011). State of the world's freshwater ecosystems: physical, chemical, and biological changes. Annual review of Environment and Resources, 36, 75-99. https://doi.org/10.1146/annurev-environ-021810-094524

Cartwright, I., and Weaver, T. R. (2005). Hydrogeochemistry of the Goulburn Valley region of the Murray Basin, Australia: implications for ﬂow paths and resource vulnerability. Hydrogeology Journal, 13(5-6), 752-770. https://doi.org/10.1007/s10040-003-0318-9

Clark, I. D., and Fritz, P. (1997). Environmental isotopes in hydrogeology. CRC, Boca Raton, FL. 328 pp.

Colautti, D. C., Baigún, C. R. M., Llompart, F., Maiztegui, T., Garcia De Souza, J. R., Solimano, P., Balboni, L., and Berasain, G. E. (2015). Fish assemblage of a pampean shallow lake, a story of instability. Hydrobiologia, 752, 175-186. https://doi.org/10.1007/s10750-014-2062-7

Craig, H. (1961). Standard for reporting concentrations of deuterium and oxygen-18 in natural waters. Science, 133 (3467), 1833-1834. https://doi.org/10.1126/science.133.3467.1833

Custodio, E., (1973). Planteamiento de estudios geohidrogeológicos en pequeñas zonas sin datos sistemáticos. En: Simposio de la UNESCO sobre Previsión de recursos de aguas con datos inadecuados. Madrid, España. Volumen 1.

Dalla Salda, L., Spalleti, L., Poiré, D., De Barrio, R. E., Echeveste, H. J., and Benialgo, A. (2006). Tandilia. In: Aceñolaza F. (Ed.) Temas de la geología Argentina I. Serie de Correlación geológica, 21, 17-46.

Dangavs, N. V. (2005). Los ambientes acuáticos de la provincia de Buenos Aires. En: R. E., Barrio, R. O., Etcheverry, M. F., Caballé, and E. J., Llambías (eds.) Geología y recursos minerales de la Provincia de Buenos Aires. Relatorio del XVI Congreso Geológico Argentino Buenos Aires (Argentina). Universidad Nacional de La Plata. La Plata, Argentina, pp. 219-236.

Dangavs, N., and Blasi, A. (2002). Los depósitos de yeso intrasedimentario del arroyo El Siasgo, partidos de Monte y General Paz, Provincia de Buenos Aires. Revista de la Asociación Geológica Argentina, 57(3), 315-327.

Dansgaard, W. (1964). Stable isotopes in precipitation. Tellus, 16(4), 436-468. https://doi.org/10.1111/j.2153-3490.1964.tb00181.x

Dapeña, C., Varni, M., Panarello, H. O., Ducós, E., Weinzentel, P., and Usunoff, E. (2010). Composición isotópica de la precipitación de la Estación Azul, provincia de Buenos Aires. Red Nacional de Colectores Argentina. In: Varni, Entraigas y Vives (Eds.). I Congreso Internacional de Hidrología de Llanuras, Libro de Actas 386-393. Azul, Provincia de Buenos Aires.

Elisio, M., Chalde, T., and Miranda, L. A. (2015). Seasonal changes and endocrine regulation of pejerrey (Odontesthes bonariensis) spermatogenesis in the wild. General and Comparative Endocrinology, 221, 236-243. https://doi.org/10.1016/j.ygcen.2015.01.011

Fernández, A., and Frigerio, G. (1984). Ensayos de Acuíferos en la Universidad Nacional del Centro de Buenos Aires. Informe AHS, 65, INCyTH, Buenos Aires, Argentina, 33 pp.

Fernández Aláez, C., Fernández Aláez, M., Trigal Domínguez, C., and Santos, B. L. (2006). Hydrochemistry of northwest Spain ponds and its relationships to groundwaters. Limnetica, 251(2), 433-452. https://doi.org/10.23818/limn.25.31

Fernández Cirelli, A., and Miretzky, P. (2004). Ionic relations: a tool for studying hydrogeochemical processes in Pampean shallow lakes Buenos Aires, Argentina. Quaternary International, 114, 113-121. https://doi.org/10.1016/S1040-6182(03)00046-6

Fidalgo, F., Gentile, R. O., and Correa, H. A. (1986). Geología y geomorfología en la cuenca del Arroyo Tapalqué. Informe 30. Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires. La Plata.

Frenguelli, J. (1950). Rasgos generales de la morfología y geología de la Provincia de Buenos Aires. M.O.P., LEMIT, La Plata, Buenos Aires, Argentina. Serie 2, 33.

Fusé, V. S., Priano, M. E., Juliarena, M. P., and Guzmán, S. A. (2019). Contribución natural de la laguna La Barrancosa a los Gases de Efecto Invernadero: aspectos metodológicos y estudio de las emisiones de metano. In: Grosman, F., Sanzano, P., and Bertora, A. Tandil, UNCPBA. Destino: La Barrancosa. Una invitación a conocer las lagunas pampeanas. Capítulo 10, 131-142. ISBN 978-950-658-495-5. Primera edición. Archivo Digital disponible en: http://hdl.handle.net/11336/119694.

Gentile, R. O. (2007). Geología del Cenozoica superior en el área de la Laguna La Barrancosa (Partido de Benito Juárez, Provincia de Buenos Aires). Departamento de Arqueología, Facultad de Ciencias Sociales, Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Olavarría.

Glok-Galli, M., Martínez, D. E., and Kruse, E. E. (2014). The carbon budget of a large catchment in the Argentine Pampa plain through hydrochemical modeling. Science of the Total Environment, 493, 649-655. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.06.032

Glok-Galli, M., Martínez, D. E., Colasurdo, V., Grosman, F., Sanzano, P., and Trezza, M. A. (2016). Caracterización hidrogeoquímica e isotópica de la cuenca alta del arroyo Tapalqué, provincia de Buenos Aires. IX Congreso Argentino de Hidrogeología y VII Seminario Hispano-Latinoamericano Sobre Temas Actuales de la Hidrología Subterránea, Catamarca, pp. 272-279.

Glok-Galli, M., Quiroz Londoño, O. M., and Martínez, D. E. (2018). Evaluación comparativa de métodos de cálculo de recarga en la cuenca superior del arroyo Tapalqué, provincia de Buenos Aires, Argentina. XIV Congreso Latinoamericano de Hidrogeología-X Congreso Argentino de Hidrogeología-VIII Seminario Hispano-Latinoamericano sobre Temas Actuales de la Hidrología Subterránea. El Agua Subterránea: Recurso sin Fronteras: Hidrogeología Regional. Volumen I. Rodolfo Fernando García (et al.). 1ra Edición. Editorial de la Universidad Nacional de Salta, Salta, Argentina, pp. 223-230. ISBN 978-987-633- 538-6.

Glok-Galli, M., and Colasurdo, V. (2019). El "ADN" de la laguna La Barrancosa: su origen y características hidrogeoquímicas e isotópicas. In: Grosman, F.; Sanzano, P. y Bertora, A. Tandil, UNCPBA. Destino: La Barrancosa. Una invitación a conocer las lagunas pampeanas. Capítulo 8, 114-124. ISBN 978-950-658-495-5. Primera edición. Archivo Digital disponible en: http://hdl.handle.net/11336/119694.

Glok-Galli, M., Martínez, D. E., Vadillo-Pérez, I., Silva Busso, A., Barredo, S. P., Quiroz Londoño, O. M., and Trezza, M. A. (2020). Multi-isotope (δ2H, δ18O, δ13C-TDIC, δ18O-TDIC, 87Sr/86Sr) and hydrochemical study on fractured-karstic and detritic shallow aquifers in the Pampean region, Argentina. Isotopes in Environmental and Health Studies, 56(5-6), 513-532. https://doi.org/10.1080/10256016.2020.1825412

Gonfiantini, R. (1978). Standards for stable isotope measurements in natural compounds. Nature, 271, 534-536. https://doi.org/10.1038/271534a0

Grosman, F. (2008). Espejos en la llanura. Nuestras lagunas de la región Pampeana. Grosman, F. (Ed.). 1a ed. UNCPBA, Tandil, Buenos Aires, Argentina. 174 pp.

Hem, J. D. (1992). Study and Interpretation of the Chemical Characteristics of Natural Waters. U.S.G.S. Water-Supply Paper, 2254, 4ta impresión. 263 pp.

Hofmann, H., and Cartwright, I. (2013). Using hydrogeochemistry to understand inter-aquifer mixing in the on-shore part of the Gippsland Basin, southeast Australia. Applied Geochemistry, 33, 84-103. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2013.02.004

Iriondo, M. (1989). Quaternary lakes of Argentina. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 70(1-3), 81-88. https://doi.org/10.1016/0031-0182(89)90081-3

Izaguirre, I., and Vinocur, A. (1994). Tipology of shallow lakes of the Salado river basin (Argentina), based on Phytoplankton Communities. Hydrobiologia, 277, 49-62. https://doi.org/10.1007/BF00023985

Jiménez-Martínez, J., and Custodio, E. (2008). El exceso de deuterio en la lluvia y en la recarga a los acuíferos en el área circum-mediterránea y en la costa mediterránea española. Boletín Geológico y Minero 119(1), 21-32.

Kendall, C., and McDonnell, J. J. (Eds.) (1998). Isotope Tracers in catchment Hydrology. Elsevier Science B.V., Amsterdam. 839 pp.

Lis, G., Wassenaar, L. I., and Hendry, M. J. (2008). High precision laser spectroscopy D/H and 18O/16O measurements of microliter natural water samples. Analytical Chemistry, 80, 287-293. https://doi.org/10.1021/ac701716q

Logan, W. S., Auge, M. P., and Panarello, H. O. (1999). Bicarbonate, sulphate and chloride water in a shallow, clastic-dominated coastal flow system, Argentina. Groundwater, 37(2), 287-295. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1999.tb00986.x

Mazor, E. (1991). Chemical and isotopic groundwater hydrology. Marcel Dekker, 413 pp. Nueva York.

Merlos, C. S., and Grosman, F. (2019). Contexto, laguna y territorio. La pesca deportiva en La Barrancosa. In: Grosman, F., Sanzano, P., and Bertora, A. Tandil, UNCPBA. Destino: La Barrancosa. Una invitación a conocer las lagunas pampeanas. Capítulo 20, 255-263. ISBN 978-950-658-495-5. Primera Edición. Archivo Digital disponible en: http://hdl.handle.net/11336/119694.

Merlos, C. S., and Requesens, E. (2019). Lagunas y agroecología. El valor de los cuerpos de agua como factor de agrobiodiversificación regional. In: Grosman, F., Sanzano, P., and Bertora, A. Tandil, UNCPBA. Destino: La Barrancosa. Una invitación a conocer las lagunas pampeanas. Capítulo 5, 67-75. ISBN 978-950-658-495-5. Primera Edición. Archivo Digital disponible en: http://hdl.handle.net/11336/119694.

Messineo, P. G., and Barros, M. P. (2009). Las ocupaciones arqueológicas del Holoceno tardío en la cuenca superior del Arroyo Tapalqué (partido de Olavarría). In: M.L. Endere y J.L. Prado (Eds.) Patrimonio, Ciencia y Comunidad. Un abordaje preliminar en los partidos de Azul, Olavarría y Tandil. INCUAPA, Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos. Olavarría. 167-186.

Miretzky, P., Conzonno, V., and Fernández Cirelli, A. (2000). Hydrochemistry of Pampean ponds in the lower stream bed of Salado river drainage basin Argentina. Environmental Geology, 39, 951-956. https://doi.org/10.1007/s002549900063

Mook, G. (Ed.) (2002). Isótopos ambientales en el ciclo hidrológico. Publicaciones del Instituto Geológico y Minero de España. Serie Guías y Manuales N° 1. IGME, Madrid, España. 596 pp.

Nágera, J. J. (1940). Historia Física de la Provincia de Buenos Aires. Tomo I Tandilia. Biblioteca Humanidades y Ciencias de la Educación. Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Buenos Aires, Argentina. 24, 1-272.

OIEA/OMM (2006). Global Network of Isotopes in Precipitation. Viena, Austria. The GNIP Database. https://www.iaea.org/services/networks/gnip.

OIEA (2009). Laser Spectroscopic Analysis of Liquid Water Samples for Stable Hydrogen and Oxygen Isotopes. Viena. Serie de cursos No. 35.

Parkhurst, D. L., and Appelo, C. (1999). User's guide to PHREEQC (Version 2): A computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations. Water-Resour. Invest. Rep.(US Geol. Surv. Denver, Colorado.), 99-4259.

Quiroz Londoño, O. M., Martínez, D. E., Dapeña, C., and Massone, H. E. (2008). Hydrogeochemistry and isotope analyses used to determine groundwater recharge and ﬂow in low-gradient catchments of the province of Buenos Aires Argentina. Hydrogeology Journal, 16(6), 1113-1127. https://doi.org/10.1007/s10040-008-0289-y

Quiroz Londoño, O. M., and Martínez, D. E. (2021). Distribución espacial de isótopos estables en el acuífero Pampeano en el sudeste de la provincia de Buenos Aires (Argentina). Boletín Geológico y Minero, 132(1-2), 175-184. https://doi.org/10.21701/bolgeomin.132.1-2.018

Romanelli, A., Quiroz Londoño, O. M., Martínez, D. E., Massone, H. E., and Escalante, A. H. (2014). Hydrogeochemistry and isotope techniques to determine water interactions in groundwater-dependent shallow lakes, Wet Pampa Plain, Argentina. Environmental Earth Sciences, 71(4), 1953-1966. https://doi.org/10.1007/s12665-013-2601-y

Sala, J., Gonzalez, N., and Kruse, E. E. (1983). Generalización Hidrológica de la Provincia de Buenos Aires. Coloquio Int. de Grandes Llanuras. Unesco. Olavarría, Prov. Bs. As., VIII, 975-1008.

Santoni, S., Huneau, F., Garel, E., Aquilina, L., Vergnaud-Ayraud, V., Labasque, T., and Celle-Jeanton, H. (2016). Strontium isotopes as tracers of water-rocks interactions, mixing processes and residence time indicator of groundwater within the granite-carbonate coastal aquifer of Bonifacio (Corsica, France). Science of the Total Environment, 573, 233-246. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.08.087

Santucci, L., Sanci, R., Carol, E., Esteban, V., and Panarello, H. O. (2019). Using H, O, Rn isotopes and hydrometric parameters to assess the surface water-groundwater interaction in coastal wetlands associated to the marginal forest of the Río de la Plata. Continental Shelf Research, 186, 104-110. https://doi.org/10.1016/j.csr.2019.08.002

Silva Busso, A. A., and Amato, S. D. (2012). Aspectos hidrogeológicos de la región periserrana de Tandilia (Buenos Aires, Argentina). Boletín Geológico y Minero, 123(1), 27-40.

Sophocleous, M. A. (2002). Interactions between groundwater and surface water: the state of the science. Hydrogeology Journal, 10, 52-67. https://doi.org/10.1007/s10040-001-0170-8

Teruggi, M. E. (1954). El mineral volcánico-piroclástico en la sedimentación cuaternaria argentina. Revista de la Asociación Geológica Argentina, 9(3), 184-191.

Teruggi, M. E. (1957). The nature and origin of Argentine Loess. Journal of Sedimentary Research, 27(3), 322-332. https://doi.org/10.1306/74D706DC-2B21-11D7-8648000102C1865D

Thornthwaite, C. W. (1948). An approach toward a rational classification of climate. The Geographical Review, 38, 55-94. https://doi.org/10.2307/210739

Tonni, E. P., Cione, A. L., and Figini, A. J. (1999). Predominance of arid climates indicated by mammals in the pampas of Argentina during the Late Pleistocene and Holocene. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 147, 257-281. https://doi.org/10.1016/S0031-0182(98)00140-0

Varela, L. B. (1992). Escurrimiento subterráneo en la cuenca del arroyo Tapalqué. In: López, H. L., and Tonni, E. P. (eds.). Situación Ambiental de la Provincia de Buenos Aires. A. Recursos y rasgos naturales en la evaluación ambiental. Año II, N° 11, 15 pp. CIC, Provincia de Buenos Aires.

Vital, M., Daval, D., Clément, A., Quiroga, S., Fritz, B., and Martinez, D. E. (2018). Importance of accessory minerals for the control of water chemistry of the Pampean aquifer, province of Buenos Aires, Argentina. Catena, 160, 112-123. https://doi.org/10.1016/j.catena.2017.09.005

Vitousek, P. M., Aber, J. D., Howarth, R. W., Likens, G. E., Matson, P. A., Schindler, D. W., and Tilman, D. G. (1997). Human alteration of the global nitrogen cycle: sources and consequences. Ecological applications, 7(3), 737-750. https://doi.org/10.1890/1051-0761(1997)007[0737:HAOTGN]2.0.CO;2

Wang, Y., Guo, Q., Su, C., and Ma, T. (2006). Strontium isotope characterization and major ion geochemistry of karst water flow, Shentou, northern China. Journal of Hydrology, 328, 592-603. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2006.01.006

Williamson, C. E., Saros, J. E., Vincent, W. F., and Smol, J. P. (2009). Lakes and reservoirs as sentinels, integrators, and regulators of climate change. Limnology and Oceanography, 54(6, part 2), 2273-2282. https://doi.org/10.4319/lo.2009.54.6_part_2.2273

Williamson, C. E., Brentrup, J. A., Zhang, J., Renwick, W. H., Hargreaves, B. R., Knoll, L. B., and Rose, K. C. (2014). Lakes as sensors in the landscape: optical metrics as scalable sentinel responses to climate change. Limnology and Oceanography, 59(3), 840-850. https://doi.org/10.4319/lo.2014.59.3.0840

Winter, T. C. (1999). Relation of streams, lakes, and wetlands to groundwater flow systems. Hydrogeology Journal, 7, 28-45. https://doi.org/10.1007/s100400050178