Strontium-isotope studies of “brown water” (organic-rich groundwater) from Denmark

Abstract

 Groundwater from some Quaternary and upper Tertiary aquifers in western Jutland, Denmark, is heavily influenced by "brown water", i.e., groundwater with a high content of naturally occurring dissolved organic matter. Stable-isotope analyses (18O/16O and D/H) indicate that both Quaternary and upper Tertiary aquifers are dominated by meteoric water. However, strontium-isotope analyses make it possible to distinguish between water samples from Quaternary and Miocene aquifers. Relatively low 87Sr/86Sr ratios, i.e., ∼0.7083, in Sr-rich water samples indicate that the majority of dissolved Sr in groundwater from Miocene as well as Quaternary strata is probably derived from Miocene marine skeletal carbonate matter in the subsurface. This situation is probably the result of Quaternary glacial reworking of upper Tertiary material and/or hydraulic contact between Quaternary and Miocene aquifers. A positive correlation between Sr contents and non-volatile organic carbon indicates that the remarkably high contents of organic matter recorded in these aquifers almost certainly are derived from Miocene sources as well.

Résumé

Les eaux souterraines de certains aquifères du Quaternaire et du Néogène du Jutland occidental (Danemark) sont très fortement marquées par des "eaux brunes", c'est-à-dire des eaux souterraines à fortes concentrations en matières organiques d'origine naturelle. Les analyses d'isotopes stables (18O/16O et D/H) indiquent que les eaux des aquifères quaternaires et tertiaires sont toutes de l'eau météorique. Cependant, les analyses des isotopes du strontium permettent de distinguer les échantillons provenant des aquifères du Quaternaire et du Miocène. Les rapports isotopiques 87Sr/86Sr relativement faibles (0,7083) des échantillons d'eau riche en Sr indiquent que l'essentiel du strontium dissous dans l'eau souterraine du Miocène comme du Quaternaire provient probablement de tests marins carbonatés du Miocène présents à proximité de la surface. Cette situation résulte probablement d'une mobilisation, au cours des phases glaciaires quaternaires de matériel néogène et/ou des relations hydrauliques entre les aquifères du Miocène et du Quaternaire. Une corrélation positive entre les concentrations en Sr et celles en carbone organique non volatile indique que les remarquables concentrations élevées en matière organique observées dans ces aquifères proviennent presque certainement elles aussi de sources miocènes.