Skip to main content
SpringerLink
Log in

Naturally occurring arsenic in groundwater and identification of the geochemical sources in the Duero Cenozoic Basin, Spain

  • Original Article
  • Published:
Environmental Geology

Abstract

Arsenic concentrations surpassing potability limit of 10 μg/L in the groundwater supplies of an extensive area in the Duero Cenozoic Basin (central Spain) have been detected and the main sources of arsenic identified. Arsenic in 514 samples of groundwater, having mean values of 40.8 μg/L, is natural in origin. Geochemical analysis of 553 rock samples, assaying arsenic mean values of 23 mg/kg, was performed. Spatial coincidence between the arsenic anomaly in groundwater and the arsenic lithogeochemical distribution recorded in the Middle Miocene clayey organic-rich Zaratan facies illustrates that the rocks of this unit are the main source of arsenic in groundwater. The ferricretes associated to the Late Cretaceous–Middle Miocene siliciclastics also constitute a potential arsenic source. Mineralogical study has identified the presence of arsenic in iron oxides, authigenic pyrite, manganese oxides, inherited titanium–iron oxides, phyllosilicates and organomineral compounds. Arsenic mobilization to groundwater corresponds to arsenic desorption from iron and manganese oxides and from organic matter.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6
Fig. 7
Fig. 8
Fig. 9
Fig. 10
Fig. 11
Fig. 12
Fig. 13
Fig. 14
Fig. 15
Fig. 16
Fig. 17
Fig. 18
Fig. 19

Similar content being viewed by others

References

  • Alonso Gavilán G (1981) Estratigrafía y sedimentología del Paleógeno en el borde suroccidental de la Cuenca del Duero (provincia de Salamanca). PhD, University of Salamanca

  • Alonso Gavilán G (1984) Evolución del sistema fluvial de la Formación Areniscas de Aldearrubia (Paleógeno superior) (Provincia de Salamanca). Mediterránea 3:107–130

    Google Scholar 

  • Alonso Gavilán G (1986) Paleogeografía del Eoceno superior-Oligoceno en el SO de la Cuenca del Duero (España). Stvdia Geol Salmant 22:71–92

    Google Scholar 

  • Alonso-Gavilán G, Armenteros J, Carballeira A, Corrochano A, Huerta P, Rodríguez JM (2004) Cuenca del Duero. In: Vera JA (ed) Geología de España. SEG-IGME, Madrid, pp 550–556

    Google Scholar 

  • Aragonés Sanz N, Palacios Díez M, Avello de Miguel A, Gómez Rodríguez P, Martínez Cortés M, Rodríguez Bernabeu MJ (2001) Nivel de arsénico en abastecimientos de agua de consumo de origen subterráneo en la Comunidad de Madrid. Rev Esp Salud Publica 75:421–432

    Google Scholar 

  • Armenteros I (1986) Estratigrafía y sedimentología del Neógeno del sector suroriental de la Depresión del Duero. Ed. Diputación de Salamanca. Serie Castilla y León, pp 1–471

  • Armenteros I (1991) Contribución al conocimiento del Mioceno lacustre de la Cuenca terciaria del Duero (sector centro-oriental, Valladolid-Peñafiel-Sacramenia-Cuéllar). Acta Geol Hisp 26:97–131

    Google Scholar 

  • Armenteros I, Corrochano A (1994) Lacustrine record in the continental Tertiary Duero basin (northern Spain). In: Gierlowski E, Kelts K (eds) Global geological record of Lacustrine Basins. Cambridge University Press, Cambridge, pp 47–52

    Google Scholar 

  • Armenteros I, Bustillo MA, Blanco JA (1995) Pedogenic and groundwater processes in closed Miocene basin (northern Spain). Sediment Geol 99:17–36

    Article  Google Scholar 

  • Armenteros I, Corrochano A, Alonso-Gavilán G, Carballeira J, Rodríguez JM (2002) Duero basin (northern Spain). In: Gibbons W, Moreno T (eds) The geology of Spain. 13 tertiary. The Geological Society of London, London, pp 309–315

    Google Scholar 

  • Barroso JL, Lillo J, Sahún B, Tenajas J (2002) Caracterización del contenido de arsénico en las aguas subterráneas de la zona comprendida entre el río Duero, el río Cega y el Sistema Central. Presente y Futuro del agua subterránea en España y la Directiva Marco Europea, Zaragoza, pp 77–84

  • Bustillo MA, Martín-Serrano A (1980) Caracterización y significado de las rocas silíceas y ferruginosas del Paleoceno de Zamora. Tecniterrae 36:14–29

    Google Scholar 

  • Calvo Revuelta C, Álvarez-Benedí J, Andrade Benítez P, Marinero Díez P, Bolado Rodríguez S (2003) Contaminación por arsénico en aguas subterráneas en la provincia de Valladolid: variaciones estacionales. Estudios de la zona no saturada del suelo 6:91–98

  • Carballeira J, Pol C (1986) Características y evolución de los sedimentos lacustres miocenos de la región de Tordesillas (facies de las Cuestas) en el sector central de la Cuenca del Duero. Stvdia Geol Salmant 22:213–246

    Google Scholar 

  • Carretero Rivera MC, Vega Alegre M, Pardo Almudí R, Fernández Pérez L, Barrado Esteban E, Del Barrio Beato V (2004) Posible origen y dispersión de Arsénico en los acuíferos de la zona de Vallelado-Mata de Cuéllar (Segovia). Proc III Simp Hidrogeol Zaragoza, Spain. Hidrogeol Rec Hidraul 26:677–687

    Google Scholar 

  • Colmenero JR, Rodríguez M, Gómez JJ, Carrasco P (2001) Estratigrafía del subsuelo y evolución sedimentaria del sector sur de la cuenca terciaria del Duero. Geotemas 3:129–132

    Google Scholar 

  • Confederación Hidrográfica del Duero (CHD) (2001a) Estudio de la contaminación de las aguas subterráneas por contenido de arsénico, pp 1–29

  • CHD (2001b) Asistencia Técnica Construcción de piezómetros y sondeos. Red de nitratos. Segunda Fase. Muestreo 1ª Campaña año 2000, pp 1–22

  • CHD (2001c) Asistencia Técnica Construcción de piezómetros y sondeos. Red de nitratos. Segunda Fase. Muestreo 2ª Campaña año 2000, pp 1–18

  • CHD (2002a) Asistencia Técnica Construcción de piezómetros y sondeos. Red de nitratos. Segunda Fase. Muestreo 1ª Campaña año 2001, pp 1–27

  • CHD (2002b) Asistencia Técnica Construcción de piezómetros y sondeos. Red de nitratos. Segunda Fase. Muestreo 2ª Campaña año 2001, pp 1–29

  • CHD (2003a) Asistencia Técnica Construcción de piezómetros y sondeos. Red de nitratos. Segunda Fase. Muestreo 1ª Campaña año 2002, pp 1–34

  • CHD (2003b) Asistencia Técnica Construcción de piezómetros y sondeos. Red de nitratos. Segunda Fase. Muestreo 2ª Campaña año 2002, pp 1–35

  • CHD (2003c) Red de nitratos. 3ª Fase. Campaña de muestreo y análisis mayo-junio 2003, pp 1–25

  • Corrochano A (1977) Estratigrafía y sedimentología del Paleógeno en la provincia de Zamora. PhD, University of Salamanca

  • Corrochano A (1982) Costras ferralíticas y unidad basal del Paleógeno en Zamora. Temas Geol Min 6:802–806

    Google Scholar 

  • Corrochano A, Armenteros I (1989) Los sistemas lacustres neógenos de la cuenca terciaria del Duero. Acta Geol Hisp 24:259–279

    Google Scholar 

  • Corrochano A, Fernández Macarro B, Recio C, Blanco JA, Valladares I (1986) Modelo sedimentario de los lagos neógenos de la Cuenca del Duero. Sector Centro-Oriental. Stvdia Geol Salmant 22:93–110

    Google Scholar 

  • Duker AA, Carranza EJM, Hale M (2005) Arsenic geochemistry and health. Environ Int 31:631–641

    Article  Google Scholar 

  • Fernández García P, Mas R, Rodas M, Luque del Villar FJ, Garzón MG (1989) Los depósitos aluviales del paleógeno basal en el sector suroriental de la cuenca del Duero (provincia de Segovia): evolución y minerales de la arcilla característicos. Estud Geol 45:27–44

    Article  Google Scholar 

  • García-Sánchez A, Álvarez-Ayuso E (2003) Arsenic in soils and waters and its relation to geology and mining activities (Salamanca Province, Spain). J Geochem Explor 80:69–79

    Article  Google Scholar 

  • García-Sánchez A, Moyano A, Mayorga P (2005) High arsenic contents in groundwater in central Spain. Environ Geol 47(6):847–854

    Article  Google Scholar 

  • Gromet LP, Dymek RF, Haskin LA, Korotev RL (1984) The ‘North American shale composite’: its compilation, major and trace element characteristics. Geochim Cosmochim Acta 48:2469–2482

    Article  Google Scholar 

  • Gurung JK, Ishiga H, Khadka MS (2005) Geological and geochemical examination of arsenic contamination in groundwater in the Holocene Terai Basin, Nepal. Environ Geol 49:98–113

    Article  Google Scholar 

  • Hernández-García ME, Custodio E (2004) Natural baseline quality of Madrid Tertiary Detrital Aquifer groundwater (Spain): a basis for aquifer management. Environ Geol 46:173–188

    Google Scholar 

  • Hernández García ME, Fernández Ruiz L (2002) Presencia de arsénico de origen natural en las aguas subterráneas del acuífero detrítico del Terciario de Madrid. Bol Geol Min 113:119–130

    Google Scholar 

  • IGME-SGE (2004) Mapas Geológico y tectónico de España, a escala 1:2.000.000. In: Vera JA (ed) Geología de España. SEG-IGME, Madrid

    Google Scholar 

  • Jiménez E (1973) El Paleógeno del borde SW de la Cuenca del Duero. II: La Falla de Alba-Villoria y sus implicaciones estratigráficas y geomorfológicas. Stvdia Geol Salmant 5:107–136

    Google Scholar 

  • Jiménez E, Corrochano A, Alonso Gavilán A (1983) El Paleógeno de la Cuenca del Duero. In: Comba JA (ed) Libro Jubilar JM Ríos. Tomo II. Geología de España, IGME, pp 489–494

  • Korte N (1991) Naturally occurring arsenic in groundwater of the Midwest United States. Environ Geol Water Sci 18:137–141

    Article  Google Scholar 

  • Matschullat J, Ottenstein R, Reimann C (2000) Geochemical background—can we calculate it? Environ Geol 39(9):990–1000

    Article  Google Scholar 

  • Mediavilla R, Dabrio CJ, Martín-Serrano A, Santisteban JI (1996) Lacustrine systems of the Duero Basin: evolution and controls. In: Friend PF, Dabrio CJ (eds) Tertiary basins of Spain the stratigraphic record of crustal kinematics. Cambridge University Press, Cambridge, pp 228–236

    Google Scholar 

  • Molina E, García Talegón J, Vicente MA (1997) Palaeoweathering profiles develop on the Iberian Hercynian Basement and their relationship to the oldest Tertiary surface in central and western Spain. In: Widdowson M (ed) Recognition, reconstruction and palaeoenvironmmental reconstruction, Special publication 120. Geological Society of London, London, pp 175–185

  • Moyano A, Mayorga P, García-Sánchez A (2002) Contaminación de Arsénico en aguas subterráneas de Castilla-León. Av Calidad Ambiental 27:451–455

    Google Scholar 

  • Navarro A, Fernández Uría A, Doblas Domínguez JG (1989) Las aguas subterráneas en España. Estudio de síntesis. ITGE, Madrid, pp 1–591

    Google Scholar 

  • Nriagu JO (ed) (1994) Arsenic in the environment. Part II: human health and ecosystem effects. Advances in environmental science and technology, Series 27. Wiley, New York, p 320

  • O’Neill P (1995) Arsenic. In: Alloway BJ (ed) Heavy metals in soils, Blackie Academic and Professional, London, pp 105–121

  • Oremland SS, Stolz JF (2003) The ecology of arsenic. Science 300:939–944

    Article  Google Scholar 

  • Pérez González A, Martín-Serrano A, Pol C (1994) Depresión del Duero. In: Gutiérrez Elorza M (ed) Geomorfología de España. Rueda, Madrid, pp 351–388

    Google Scholar 

  • Pol C, Buscaloni A, Carballeira J, Frances V, López-Martínez N, Marandat B, Moratalla JJ, Sanz JL, Sige B, Villatte J (1992) Reptiles and mammals from the late Cretaceous new locality Quintanilla del Coco (Burgos province, Spain). Neues Jahrb Geol Palaontol Abh 143:279–314

    Google Scholar 

  • Portero JM, del Olmo P, Ramírez J, Vargas I (1982) Síntesis del Terciario continental de la Cuenca del Duero. Temas Geol Min 6:11–40

    Google Scholar 

  • Sahún B (1991) Estudio Hidrogeológico de la unidad hidrogeológica del Páramo de Cuellar (Segovia-Valladolid). Dirección General de Obras Hidráulicas, pp 1–44

  • Sahún B (2001) Normas de otorgamiento de concesiones de las unidades hidrogeológicas 02.13 Páramo de Cuéllar y 02.17 Región de los Arenales. Cuenca del Duero. Dirección General de Obras Hidráulicas y Calidad de las Aguas, pp 1–66

  • Sahún B (2002) Estudio del sistema de utilización conjunta de los recursos hídricos superficiales y subterráneos de las cuencas del Cega-Pirón y Adaja-Eresma. Dirección General de Obras Hidráulicas, pp 1–123

  • Sahún B, Niñerola S, Gómez JJ, Lillo J, del Olmo P, Hernández A (2003) Estudio del contenido de arsénico en la zona central de la Depresión del Duero. Dirección General de Obras Hidráulicas y Calidad de las Aguas, pp 1–192

  • Sahún B, Gómez JJ, Lillo J, Olmo P (2004a) Arsénico en aguas subterráneas e interacción agua-roca: un ejemplo en la cuenca terciaria del Duero (Castilla y León, España). Rev Soc Geol Esp 17:137–155

    Google Scholar 

  • Sahún B, Gómez JJ, Lillo J (2004b) Arsenic in groundwaters and rocks in the Duero Tertiary Basin (Central Spain). In: Proceedings of the 32nd international geological congress, Florence, 2004. Session T38.03—Groundwater resource problems in the Mediterranean area: quantity and quality. 80–16 Booth 527

  • Sánchez A, Delgado C, García-Hernán O, Sahún B, Ballester A (1990) Cuenca del Duero. In: Sánchez A (ed) Unidades hidrogeológicas de la España peninsular e Islas Baleares. Servicio Geológico, Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo, Madrid. Informaciones y estudios 52:1–32

  • Santisteban JI, Martín-Serrano A (1991) El Paleógeno del sector surocidental de la Cuenca del Duero: Nueva división estratigráfica y controles sobre su sedimentación. In: Colombo F (ed) Libro homenaje a Oriol Riba. Acta Geol Hisp 26:133–148

  • Santisteban JI, Mediavilla R, Martín-Serrano A, Dabrio CJ (1996a) The Duero Basin: a general overview. In: Friend PF, Dabrio CJ (eds) Tertiary basins of Spain the stratigraphic record of crustal kinematics. Cambridge University Press, Cambridge, pp 183–187

    Google Scholar 

  • Santisteban JI, Mediavilla R, Martín-Serrano A (1996b) Alpine tectonic framework of south-western Duero basin. In: Friend PF, Dabrio CJ (eds) Tertiary basins of Spain the stratigraphic record of crustal kinematics. Cambridge University Press, Cambridge, pp 188–195

    Google Scholar 

  • Schreiber ME, Simo JA, Freiberg PG (2000) Stratigraphic and geochemical controls on naturally occurring arsenic in groundwater, eastern Wisconsin, USA. Hydrogeol J 8:161–176

    Article  Google Scholar 

  • Schreiber ME, Gotkowitz MB, Simo JA, Freiberg PG (2003) Mechanism of arsenic release to ground water from naturally occurring sources, eastern Wisconsin. In: Welch AH, Stollenwerk KG (eds) Arsenic in ground water. Kluwer, Boston, pp 260–280

    Google Scholar 

  • Smedley PL, Kinninburgh DG (2002) A review of the source, behaviour and distribution of arsenic in natural waters. Appl Geochem 17:517–568

    Article  Google Scholar 

  • Stollenwerk KG (2003) Geochemical processes controlling transport of arsenic in groundwater: a review of adsorption. In: Welch AH, Stollenwerk KG (eds) Arsenic in ground water. Kluwer, Boston, pp 68–100

    Google Scholar 

  • Welch AH, Westjohn DB, Helsel DR, Wanty RB (2000) Arsenic in groundwater of the United States: occurrence and geochemistry. Ground Water 38:589–604

    Article  Google Scholar 

Download references

Acknowledgements

The authors thank the Direccion General de Obras Hidraulicas y Calidad de las Aguas of the Ministerio de Medio Ambiente, the Confederacion Hidrografica del Duero, the authorization for the publication of the studies carried out by the authors and synthesized in this work. We wish to thank the editor Dr. Jan Schwarz Bauer and an anonymous referee who provided useful criticism and valuable suggestions for the improvement of the manuscript. Our gratitude to José L. Barroso (Confederacion Hidrografica del the Duero), for the contribution of some of the hydrochemical data used in this publication, and to Antonio Hernández and Pedro del Olmo for their valuable participation in this study. The work presented here was partially funded by the project GR/AMB/0934/2004 (Comunidad de Madrid).

Author information

Authors and Affiliations

  1. Departamento de Estratigrafia, Instituto de Geologia Economica (CSIC-UCM), Facultad de Ciencias Geologicas, Universidad Complutense, 28040, Madrid, Spain

    J. J. Gómez

  2. Area de Geologia, Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnologia, Universidad Rey Juan Carlos, Tulipan s/n., 28993, Mostoles, Spain

    J. Lillo

  3. Direccion General de Obras Hidraulicas y Calidad de las Aguas, Ministerio de Medio Ambiente, Plaza de San Juan de la Cruz, s/n., 28003, Madrid, Spain

    B. Sahún

Authors
  1. J. J. Gómez
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. J. Lillo
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. B. Sahún
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to J. J. Gómez.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Gómez, J.J., Lillo, J. & Sahún, B. Naturally occurring arsenic in groundwater and identification of the geochemical sources in the Duero Cenozoic Basin, Spain. Environ Geol 50, 1151–1170 (2006). https://doi.org/10.1007/s00254-006-0288-z

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00254-006-0288-z

Keywords

Search

Navigation