Use of radon-222 to assess the groundwater inflow in a phreatic lake of a dune field (San Luis, Argentine)

Abstract

In the southeastern portion of San Luis Province (33°53’10’’-34°19’00’’ S and 65°42’00’’-65°20’00’’ W), the sand dune landscape hosts a lacustrine system with more than 200 water bodies, where the water table reaches the surface and fills the deepest depressions. The aim of this study is to analyze surface-groundwater interactions using the radioactive isotope radon-222 (222Rn) in a lake known as “Los Pocitos”. During September 2017, in situ222Rn determinations were performed in the air; in the water/sediment interface and in surface waters at 6 sampling stations, as well as in 4 groundwater samples collected in the dune and the lake mudflat using the RAD-7 equipment (Durridge Co.). Surface waters are of the HCO3--Na+-K+ type, with mean pH and electrical conductivity in Lake Los Pocitos of 8.7 and 1232 µS cm-1, respectively, whereas the groundwater is of the HCO3--Ca+2 type, with variable pH and electrical conductivity values. In the northern portion of the lake, concentrations of222Rn in surface water were ~ 70 Bq m-3, one order of magnitude greater than those of the southern sector, which registered values < 5 Bq m-3. By means of a222Rn mass balance model it was possible to determine that the groundwater discharge occurs in the northern sector, with an inflow discharge rate of about 185.3 ± 39.1 m3 d-1, whereas in the southern sector, an outflow from the lake to the surrounding aqui-fers can be detected. The intense groundwater inflow into these lakes may explain their relatively low salinity under a semi-arid climate in which evaporation by far exceeds direct rainfall input.

En el sector sureste de la provincia de San Luis (33°53’10’’-34°19’00’’ S y 65°42’00’’-65°20’00’’ O), sobre un paisaje medanoso, se desarrolla un sistema lagunar compuesto por más de 200 depresiones someras en donde los niveles freáticos alcanzan la superficie. El propósito de este trabajo es analizar las interacciones agua superficial-subterránea utilizando el isótopo radioactivo radón-222 (222Rn) en una de estas lagunas, conocida como “Los Pocitos”. Durante septiembre de 2017 se realizaron, in situ, determinaciones de 222Rn utilizando el equipo portátil RAD-7 (Durridge Co.), en el aire, en la interfase agua/sedimento, en 6 estaciones de muestreo alrededor de la laguna, así como también en 4 muestras de agua subterránea tomadas en la duna y en las márgenes de la laguna. Los resultados obtenidos indican que las aguas superficiales son del tipo HCO3 - - Na+ - K+ y tienen un pH y una conductividad eléctrica promedio de 8,7 y 1232 µS cm-1, respectivamente, mientras que las aguas subterráneas son HCO3 - - Ca+2 y tienen un pH y una conductividad eléctrica variable. En el sector norte se presentan las mayores concentraciones de 222Rn en el agua superficial, de aproximadamente 70 Bq m-3, un orden de magnitud mayor que en el sector sur, donde se registraron concentraciones < 5 Bq m-3. Mediante un modelo de balance de masa de 222Rn se estimó que la descarga de agua subterránea ocurre en el sector norte, con un caudal de 185,3 ± 39,1 m3 d-1. Por el contrario, en el sector sur hay un aporte de agua desde la laguna hacia los acuíferos circundantes. Este flujo de agua subterránea hacia las lagunas podría explicar su relativa baja salinidad en un clima semiárido en el que la evaporación supera a las precipitaciones en el balance hídrico.