Age and shape of paleo-seawater intrusions in the semi-arid coastal aquifer of Sonora Desert, northern Mexico

Abstrakt

The Costa de Hermosillo aquifer has been contaminated by paleo-seawater intrusions over a distance of ~20–32 km from the modern coastline of the Gulf of California due to over pumping of the aquifer for agricultural purposes. In the most contaminated portion of this aquifer, the paleo-seawater intrusions were characterized by high values of electric conductivity 3.3 to 41.7 mS/cm, higher delta 2H and delta 18O values of water –6.1 to –1.0 ‰ and –45 to –18 ‰ respectively, sulfate depletion down to < 1 mg/L and high delta 34S values of sulfate +20.0 to +32.0 ‰ similar as found in marine sediments with active zones of microbial sulfate reduction. The salinization appears to be caused by mobilization of the relicts of paleo-seawater residing in the blue clays strata deposited during the Mio-Pliocene transgression. The paleo-seawater had lower 87Sr/86Sr ratio 0.708326 compared to modern seawater of the Gulf of California 0.709181 which is indicative of groundwater-rock interaction during a long residence time of paleo-seawater in the aquifer.

At present, the paleo-seawater intrusions show different stages of dilution by meteoric water and occur in the form of saline lenses that reside at the current groundwater table of ~ –30 meters. The spatial, stratigraphic and geochemical relationships suggest that lithospheric deformation, related to the opening of the Gulf of California, led to isolation of some portions of the Mio-Pliocene seawater in the studied aquifer and prevented subsequent flashing out by freshwater recharge in the subsequent events. Tectonic subsidence is likely an important factor controlling the storage of paleo-seawater wedges in the rift-type coastal aquifers.

Ze względu na przeeksploatowanie warstw wodonośnych do celów rolniczych, zbiornik wód podziemnych Costa de Hermosillo został zdegradowany przez wystąpienie intruzji wód reliktowych pochodzenia morskiego, w odległości ~ 20–32 km od linii brzegowej Zatoki Kalifornijskiej. W najbardziej zmienionej części tego zbiornika, wody intruzji cechowały wysokie wartości przewodności elektrycznej właściwej 3,3 do 41,7 mS/cm, wysokie wartości delta 2H i delta 18O cząsteczki wody odpowiednio –6,1 do –1,0 ‰ i –45 do –18 ‰, spadek stężeń siarczanów do < 1 mg/l i wysokie wartości delta 34S w jonie siarczanowym 20,0 do 32,0 ‰, jakie notuje się dla osadów morskich z aktywnymi strefami mikrobilogicznej redukcji siarczanu. Zasolenie wód spowodowane zostało prawdopodobnie przez mobilizację wód reliktowych z warstw niebieskich łupków zdeponowanych podczas transgresji mioceńsko-plioceńskiej. Wody reliktowe pochodzenia morskiego wykazywały niższy współczynnik 87Sr/86Sr 0,708326 w porównaniu ze współczesną wodą morską Zatoki Kalifornijskiej 0,709181, co wskazuje na oddziaływanie woda–skała podczas długiej stagnacji tych wód w warstwie wodonośnej.
Obecnie poszczególne intruzje wód reliktowych są efektem różnych etapów ich rozcieńczenia przez wody pochodzenia meteorycznego i występują w postaci soczewek solankowych towarzyszących wodom zwykłym, które lokalizują się w na głębokości ok. –30 metrów. Relacje przestrzenne, stratygraficzne i geochemiczne wskazują, że deformacje litosfery, związane z otwieraniem się Zatoki Kalifornijskiej, doprowadziły do izolacji części wody morskiej wieku mioceńsko-plioceńskiego w badanym zbiorniku wód podziemnych i zapobiegły, w późniejszym czasie, usunięciu ich z sytemu wodonośnego przez zasilanie wodami zwykłymi. Zjawiska tektoniczne mogą być więc istotnym czynnikiem kontrolującym retencję wód reliktowych w przybrzeżnych zbiornikach wód podziemnych o genezie ryftowej.