, Volume 9, Issue 2, pp 127-150

Radiocarbon dating of dissolved inorganic carbon in groundwater from confined parts of the Upper Floridan aquifer, Florida, USA

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Abstract.

Geochemical reaction models were evaluated to improve radiocarbon dating of dissolved inorganic carbon (DIC) in groundwater from confined parts of the Upper Floridan aquifer in central and northeastern Florida, USA. The predominant geochemical reactions affecting the 14C activity of DIC include (1) dissolution of dolomite and anhydrite with calcite precipitation (dedolomitization), (2) sulfate reduction accompanying microbial degradation of organic carbon, (3) recrystallization of calcite (isotopic exchange), and (4) mixing of fresh water with as much as 7% saline water in some coastal areas. The calculated cumulative net mineral transfers are negligibly small in upgradient parts of the aquifer and increase significantly in downgradient parts of the aquifer, reflecting, at least in part, upward leakage from the Lower Floridan aquifer and circulation that contacted middle confining units in the Floridan aquifer system. The adjusted radiocarbon ages are independent of flow path and represent travel times of water from the recharge area to the sample point in the aquifer. Downgradient from Polk City (adjusted age 1.7 ka) and Keystone Heights (adjusted age 0.4 ka), 14 of the 22 waters have adjusted 14C ages of 20–30 ka, indicating that most of the fresh-water resource in the Upper Floridan aquifer today was recharged during the last glacial period. All of the paleowaters are enriched in 18O and 2H relative to modern infiltration, with maximum enrichment in δ18O of approximately 2.0‰.

Résumé.

Les modèles de réactions géochimiques ont été évalués afin de tester la datation par le radiocarbone du carbone minéral dissous (CMD) des eaux souterraines dans les parties captives de la nappe supérieure de Floride, en Floride centrale et nord-orientale (États-Unis). Les réactions géochimiques prédominantes affectant l’activité en 14C du CMD comprennent (1) la dissolution de la dolomite et de l’anhydrite accompagnée de la précipitation de la calcite (dédolomitisation), (2) la réduction des sulfates accompagnant une dégradation microbienne du carbone organique, (3) la recristallisation de la calcite (échange isotopique), et (4) le mélange d’eau douce avec de l’eau salée, jusqu’à 7%, dans certaines zones côtières. Les transferts minéraux nets calculés sont extrêmement faibles dans les parties situées dans l’amont de l’aquifère; ils augmentent significativement dans les zones de l’aval, montrant en partie au moins l’existence d’une drainance ascendante depuis l’aquifère inférieur de Floride et une circulation qui met en relation les unités captives du système aquifère de Floride. Les âges radiocarbone corrigés sont indépendants des trajets d’écoulement et représentent des temps de transit de l’eau depuis la zone de recharge vers le point de prélèvement dans l’aquifère. En aval de Polk City (âge corrigé 1,7 ka) et de Keystone Heighats (âge corrigé 0,4 ka), 14 des 22 échantillons d’eau présentent des âges corrigés compris entre 20 et 30 ka, ce qui montre que la plus grande partie des ressources actuelles en eau douce de la nappe supérieure de Floride provient d’une recharge effectuée au cours de la dernière période glaciaire. Toutes ces eaux anciennes sont enrichies en 18O et en 2H par rapport à l’infiltration actuelle, avec un enrichissement maximal de δ18O d’environ 2.0‰.

Resumen.

Se han evaluado varios modelos geoquímicos con el fin de mejorar la datación del carbono inorgánico disuelto (CID) en las aguas subterráneas de las zonas confinadas del acuífero Superior de Florida, que ocupa el centro y nordeste de Florida (Estados Unidos). Las reacciones geoquímicas dominantes en cuanto a la actividad del 14C del CID incluyen: (1) disolución de dolomita y anhidrita, con precipitación de calcita (o de-dolomitización), (2) reducción de sulfato, acompañada por degradación microbiana de carbón orgánico, (3) recristalización de calcita (intercambio isotópico), y (4) mezcla de agua dulce con hasta un 7% de agua salina en algunas áreas costeras. Se ha calculado que las transferencias netas acumuladas de mineral son despreciables en las zonas situadas aguas arriba, y aumentan significativamente aguas abajo. Esto refleja, al menos en parte, el goteo desde el acuífero Inferior de Florida y la interconexión de las unidades confinantes en el sistema acuífero de Florida. Las edades de radiocarbono estimadas son independientes de las líneas de flujo y representan tiempos de tránsito de aguas desde el área de recarga hasta el punto de muestreo en el acuífero. Aguas debajo de la ciudad de Polk (edad de 1.700 años) y Keystone Heighats (edad de 400 años), 14 de las 22 muestras tienen edades estimadas de entre 20.000 y 30.000 años, hecho que indica que la mayor parte de los recursos actuales de agua dulce en el acuífero Superior de Florida fue recargada durante el último período glacial. Todas las paleoaguas están enriquecidas en 18O y 2H con respecto al agua actual de recarga, con un factor máximo de enriquecimiento en 18O de, aproximadamente, 2,0.

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