Hydrochemical processes, variability and natural background levels of Arsenic in groundwater of northeastern Mendoza, Argentina

Abstract

Northeastern Mendoza is an arid area dominated by stabilized dunes and paleochannels. Groundwater is the main source of water for domestic and subsistence economy. Two types of wells are used for groundwater withdrawal. Wells operated by conventional windmills or pumps (Ws) and local traditional bucket wells operated manually (BWs). These wells are drugged a few cm below the water table, normally with a diameter of 1 m, remain always open and are located near corrals. The aim of this study was to evaluate the processes that control As in groundwater used As drinking water by rural communities. The study approach included an assessment of the natural as background levels and the use of environmental isotopes (δ18O and δ2H) to determine the origin of groundwater and improve the conceptual model for groundwater flow. Significant statistical differences were found between the chemical features of groundwater from Ws and BWs. The conceptual hydrogeologic model supported by isotopic data indicated that groundwater recharge was from the main Mendoza/Tunuyán Rivers in remote areas and that local rainwater recharge is negligible. The isotopic data suggests that a faster groundwater flow recharge could occur without any influence of a previous evaporation process. The natural As background level was 104 µg/L, with a range of between 8.6 and 394 µg/L. The average As concentration in Ws was 114 µg/L. Water from BWs showed higher average As concentration of 235 µg/L with a higher dispersion, high HCO3 −, NO3 − PO4 −3 and Cl− concentrations, and the lowest concentrations of O2 with greater turbidity than groundwater from Ws. The increase in As concentrations in groundwater of NE Mendoza is not related to evaporation processes despite arid climatic conditions. According to the oxidizing environment in the aquifer, high pH and very fine sediments, adsorption–desorption processes from solid surfaces were the determining factors for the availability and spatial variability of As in groundwater. Spatial variability was related to type of well rather than to geomorphologic units or to flow direction. The design of bucket wells, near corrals, allows the input of windblown sediments and leachate from livestock units creating point sources of As contamination in water used for human consumption.

El noreste de Mendoza corresponde a una zona árida y desde el punto de vista geomorfológico dominan médanos estabilizados y paleocanales. El agua subterránea es la principal fuente de agua para consumo humano y la economía de subsistencia. La extracción de agua subterránea se realiza mediante dos tipos de pozos, los pozos convencionales operados por molinos de viento o bombas eléctricas (Ws) y los tradicionales “pozos balde” construidos y operados manualmente (BWs) con baldes. Para el desarrollo de este tipo de pozos, se excava apenas unos centímetros debajo del nivel freático, con diámetro de 1 m, se operan generalmente abiertos y se ubican en muchos casos próximos a los corrales. El objetivo del estudio incluye evaluar los procesos que controlan el contenido de As en el agua subterránea utilizada como agua potable por las comunidades rurales. Se evaluaron los niveles de As que representan el fondo natural y el uso de isótopos ambientales (δ18O y δ2 H) para evaluar el origen de las aguas subterráneas y mejorar el modelo conceptual del sistema. Se encontraron diferencias estadísticamente signifcativas entre la química de las aguas subterráneas obtenida de los diferentes tipos de perforaciones, Ws y BWs. El modelo conceptual hidrogeológico es respaldado por los datos de isótopos, indicando una recarga al agua subterráneas desde los ríos Mendoza y Tunuyán en áreas remotas, resultando insignifcante la recarga de lluvia local. Los datos de isótopos sugieren que podría ocurrir una recarga más rápida al fujo de agua subterránea sin ninguna infuencia de proceso de evaporación previo. El nivel de fondo natural de As es de 104 µg/L, con un rango entre 8.6 y 394 µg/L. La concentración promedio de As en Ws fue de 114 µg/L. El agua de BWs muestra una concentración superior a 235 µg/L, con una dispersión y concentración más altas para los compuestos de HCO3 −, NO3 − PO4 −3 y Cl−, concentraciones más bajas de O2 y una turbidez mayor que la del agua subterránea extraída de Ws. El aumento de las concentraciones de As en las aguas subterráneas de NE Mendoza no se relaciona con el proceso de evaporación, pese a las condiciones climáticas áridas. Según el ambiente oxidante en el acuífero, alto pH y sedimentos muy fnos, los procesos de adsorción-desorción de las superfcies sólidas resultan en los factores determinantes para la disponibilidad y variabilidad de As en el agua subterránea. La variabilidad espacial se relacionó con el tipo de pozo más que con unidades geomorfológicas o con la dirección del fujo. El diseño de los pozos balde permitiría la entrada de sedimentos arrastrados por el viento y lixiviados desde los corrales próximos a las captaciones, creando fuentes puntuales de contaminación en el agua utilizada para el consumo humano.