Use Of Nitrogen Isotopes To Identify Nitrogen Contamination Of The Sherwood Sandstone Aquifer Beneath The City Of Nottingham, United Kingdom

ABSTRACT:

The city of Nottingham is underlain by the unconfined Sherwood Sandstone aquifer, which is vulnerable to contamination from various sources arising from urban and industrial activities of the region. In this study, samples of aquifer recharge, both artificial and natural, and of shallow and deep groundwater were collected to determine the sources and level of contamination from nitrogen species. Deep groundwater contains low concentrations of ammonium (les than 0.3 mg-N/L) throughout, but much higher nitrate concentrations (less than 1.0 mg-N/L to 28.0 mg-N/L). Shallow groundwater shows distinct evidence of surface contamination; ammonium concentration is as much as 1.2 mg-N/L and nitrate as much as 20 mg-N/L. Two-thirds of the deep groundwater samples have measured δ¹⁵N values that range from +4‰ to +8‰, indicative of a predominantly soil organic nitrogen source for dissolved nitrate. Most remaining groundwater samples (δ¹⁵N<5‰) have a nitrogen fertiliser source, possibly derived from an influent river draining a rural catchment; some samples have δ¹⁵N values >8‰, suggestive of point-source inputs from sewer leakage. In the future, contaminated shallow groundwater is likely to penetrate deeper into the aquifer, although a gradual dilution with older groundwater is occurring toward the confined zone of the aquifer.

RÉSUMÉ:

L'aquifère libre des grès de Sherwood, sous la ville de Nottingham, est vulnérable aux pollutions d'origines variées provenant des activités urbaines et industrielles de la région. Dans cette étude, des échantillons de l'eau de la recharge de l'aquifère, naturelle et artificielle, et des eaux souterraines proches de la surface et profondes ont étx prélevés afin de déterminer les sources et le niveau des contaminations par les différentes espèces azotées. Les eaux souterraines profonds contiennent partout de faibles teneurs en ammoniaque (moins de 0,3 mg-N/L), et au contraire des teneurs en nitrates beaucoup plus élevées (de moins de 1,0 à 28,0 mg-N/L). Les eaux souterraines proches de la surface montrent une nette contamination depuis la surface; les teneurs en ammoniaque atteignent 1,2 mg-N/L et celles en nitrates 20,0 mg-N/L. Les deux tiers des échantillons d'eau souterraine profonde présentent des δ¹⁵N compris entre +4 et +8‰, indiquant surtout de l'azote organique du sol comme origine du nitrate dissous. La plupart des échantillons restants d'eau souterraine (δ¹⁵N<5‰) tient l'origine de l'azote des engrais, à partir probablement d'une rivière drainant un bassin rural; certains échantillons ont des teneurs δ¹⁵N>8‰, caractéristiques d'une entrée ponctuelle d'eaux usées. A l'avenir, l'eau souterraine proche de la surface pénétrera vraisemblablement plus profondément dans l'aquifère, bien qu'une dilution progressive avec l'eau souterraine plus ancienne se produise en direction de la partie captive de l'aquifère.

RESUMEN:

Bajo la ciudad de Nottingham se encuentra el acuífero libre Sherwood Sandstone, el cual es muy vulnerable a la contaminación procedente de diversas fuentes relacionadas con las actividades urbanas e industriales en la región. En este estudio se tomaron muestras de la recarga al acuífero, tanto natural como arificial, y del agua subterránea a poca y gran profundidad, para estudiar las fuentes y los niveles de contaminación por especies nitrogenadas. Las aguas subterráneas profundas presentan bajas concentraciones de amonio (<0.3 mg-N/L), pero mucho más altas de nitrato (<1.0–28.0 mg-N/L). Las aguas poco profundas muestran evidencia de contaminación procedente de la superficie: las concentraciones de amonio alcanzan los 1.2 mg-N/L y las de nitrato, los 20 mg-N/L. En dos tercios de las muestras profundas se han medido valores de δ¹⁵N que oscilan entre +4–+8‰, indicativo de que el suelo orgínico es la fuente predominante de aportación de nitrógeno en el nitrato disuelto. La mayoría de las muestras de agua restantes (con δ¹⁵N<5‰) muestran evidencia de una fuente de abono nitrogenado, posiblemente derivada de un río influyente que drena una cuenca rural; algunas muestras presentan δ¹⁵N>8‰, lo que sugiere un foco puntual por un escape de aguas residuales. En el futuro, el agua subterránea menos profunda, más contaminada, posiblemente penetrará en profundidad, aunque una dilución gradual con agua más antigua ya está teniendo lugar en la zona confinada del acuífero.