Geochemical and isotopic constraints on the interaction between saline lakes and groundwater in southeast Australia

Abstract

Major ion and stable isotope geochemistry allow groundwater/surface-water interaction associated with saline to hypersaline lakes from the Willaura region of Australia to be understood. Ephemeral lakes lie above the water table and locally contain saline water (total dissolved solids, TDS, contents up to 119,000 mg/L). Saline lakes that lack halite crusts and which have Cl/Br ratios similar to local surface water and groundwater are throughflow lakes with high relative rates of groundwater outflows. Permanent hypersaline lakes contain brines with TDS contents of up to 280,000 mg/L and low Cl/Br ratios due to the formation of halite in evaporite crusts. These lakes are throughflow lakes with relatively low throughflow rates relative to evaporation or terminal discharge lakes. Variations in stable isotope and major ion geochemistry show that the hypersaline lakes undergo seasonal cycles of mineral dissolution and precipitation driven by the influx of surface water and evaporation. Despite the generation of highly saline brines in these lakes, leakage from the adjacent ephemeral lakes or saline throughflow lakes that lack evaporite crusts is mainly responsible for the high salinity of shallow groundwater in this region.

Résumé

La géochimie des ions majeurs et des isotopes stables permet la compréhension de l’interaction eau souterraine/eau de surface associée aux lacs salés et hypersalés de la région de Willaura en Australie. Des lacs temporaires s’étendent au-dessus de la surface piézométrique et contiennent localement de l’eau salée ( résidu sec atteignant 119,000 mg/L). Les lacs salés qui sont dépourvus d’encroûtements d’halite et qui ont des rapports Cl/Br similaires à ceux de l’eau de surface et de l’eau souterraine locales sont des lacs qui s’écoulent avec des proportions relativement élevées d’apports d’eau souterraine. Les lacs hypersalés permanents contiennent des saumures avec des résidus secs atteignant 280,000 mg/L et de faibles rapports Cl/Br dus à formation d’halte dans des encroûtements évaporitiques. Ces lacs sont des lacs qui s’écoulent en ayant des taux de transit relativement bas par rapport à l’évaporation ou aux lacs de vidange finale. Les variations dans la géochimie des isotopes stables et des ions majeurs montrent que les lacs hypersalés sont soumis à des cycles saisonniers de dissolution et de précipitation minérales provoquée par l’apport d’eau de surface et l’évaporation. En dépit de la formation de saumures à salinité élevée dans ces lacs, le drainage des lacs temporaires adjacents ou l’écoulement des lacs salés qui sont dépourvus d’encroûtements d’évaporites sont responsables pour l’essentiel de la salinité élevée de l’aquifère peu profond dans cette région.

Resumen

La geoquímica de iones mayoritarios y de isótopos estables permite entender la interacción de aguas subterráneas/aguas superficiales asociada con los lagos salinos a hipersalinos de la región de Willaura de Australia. Los lagos efímeros yacen por encima del nivel freático y contienen localmente aguas salinas (contenidos de sólidos disueltos totales, TDS, hasta 119,000 mg/L). Los lagos salinos que carecen de costras de halita y que tienen una relación Cl/Br similar al agua local superficial y al agua subterránea son lagos subsuperficiales con ritmos relativamente altos de flujo saliente de aguas subterráneas. Los lagos hipersalinos permanentes contienen salmueras con contenidos de TDS de hasta 280,000 mg/L y baja relación Cl/Br debido a la formación de halita en costras de evaporitas. Estos lagos son lagos subsuperficiales con ritmos relativamente bajos de flujo subsuperficial relacionados con la evaporación o la descarga terminal de los lagos. Las variaciones de los isótopos estables y iones mayoritarios muestra que los lagos hipersalinos experimentan ciclos estacionales de disolución mineral y precipitación forzados por la entrada de agua superficial y la evaporación. A pesar de la generación de salmueras altamente salinas de estos lagos, las pérdidas provenientes de lagos efímeros adyacentes y lagos subsuperficiales salinos que carecen de costras de evaporitas es el principal responsable de la alta salinidad del agua subterránea somera en esta región.

摘要

利用主要离子和稳定同位素地球化学可以探知澳大利亚 Willaura 地区与盐湖及高盐湖相关的地下水与地表水 相互作用。季节性湖泊位于地下水位以上, 局部含有咸水 (总溶解固体, TDS , 可达 119,000 mg/L ) 。缺少盐岩壳、湖水 Cl/Br 比接近当地地表水和地下水的盐湖是径流湖, 其地下水的流出量相对较大。永久性高盐湖的 TDS 可高达 280,000 mg/L , Cl/Br 比较低, 是由蒸发盐壳中石盐形成引起的。这些湖是流出量相对较低的径流湖, 与蒸发或尾闾 排泄湖有关。稳定同位素和主要离子地球化学的变化显示这些高盐湖经历了由地表水通量和蒸发驱动的季节性 矿物溶解与沉淀旋回。虽然这些湖中存在高咸水, 从相邻季节性湖或缺乏蒸发盐壳的盐分径流湖的渗漏是该地 区浅层地下水高盐度的主要原因。

Resumo

A geoquímica iónica maioritária e de isótopos estáveis permite a compreensão da interacção água subterrânea/água superficial associada a lagos salinos a hipersalinos da região de Willaura, na Austrália. Lagos efémeros encontram-se situados sobre o nível freático e contêm localmente águas salinas (concentrações de total de sólidos dissolvidos, TDS, até 119,000 mg/L). Os lagos salinos que não têm crostas de halite e que têm uma razão Cl/Br semelhante à água superficial e subterrânea local são lagos com fluxos subsuperficiais com elevados contributos de descargas subterrâneas. Os lagos hipersalinos permanentes contêm salmouras com concentrações de TDS até 280,000 mg/L e razões Cl/Br baixas, devido à formação de halite em crostas evaporíticas. Estes lagos têm fluxos subsuperficiais relativamente pequenos quando comparados com a evaporação ou com os lagos de descarga terminal. As variações na geoquímica dos isótopos estáveis e dos iões maioritários evidenciam que os lagos hipersalinos sofrem ciclos sazonais de dissolução e precipitação de minerais provocados pela entrada de água superficial e pela evaporação. Apesar da formação de salmouras altamente concentradas nestes lagos, é a drenância dos lagos efémeros adjacentes ou dos lagos salinos com fluxos subsuperficiais e com ausência de crostas evaporíticas a principal responsável pela elevada salinidade da água subterrânea freática nesta região.