Isotopic composition in precipitation and groundwater in the northern mountainous region of the Central Valley of Costa Rica

Abstract

The linkage between precipitation and recharge is still poorly understood in the Central America region. This study focuses on stable isotopic composition in precipitation and groundwater in the northern mountainous region of the Central Valley of Costa Rica. During the dry season, rainfall samples corresponded to enriched events with high deuterium excess. By mid-May, the Intertropical Convergence Zone poses over Costa Rica resulting in a depletion of 18O/16O and 2 H/H ratios. A parsimonious four variable regression model (r 2= 0.52) was able to predict daily δ18O in precipitation. Air mass back trajectories indicated a combination of Caribbean Sea and Pacific Ocean sources, which is clearly depicted in groundwater isoscape. Aquifers relying on Pacific-originated recharge exhibited a more depleted pattern, whereas recharge areas relying on Caribbean parental moisture showed an enrichment trend. These results can be used to enhance modelling efforts in Central America where scarcity of long-term data limits water resources management plans.

El vínculo entre la precipitación y la recarga aún no se comprende bien en la región de América Central. Este estudio se enfoca en la composición isotópica estable en la precipitación y el agua subterránea en la región montañosa del norte del Valle Central de Costa Rica. Durante la estación seca, las muestras de lluvia correspondieron a eventos enriquecidos con alto exceso de deuterio. A mediados de mayo, la Zona de Convergencia Intertropical se posa sobre Costa Rica, lo que resulta en un agotamiento de las relaciones 18O/16O y 2 H/H. Un modelo parsimonioso de regresión de cuatro variables (r 2= 0.52) fue capaz de predecir el δ18O diario en la precipitación. Las trayectorias de retorno de la masa de aire indicaron una combinación de fuentes en el Mar Caribe y el Océano Pacífico, que se representa claramente en el isopaisaje de agua subterránea. Los acuíferos que dependen de la recarga originada en el Pacífico exhibieron un patrón más agotado, mientras que las áreas de recarga que dependen de la humedad de los padres del Caribe mostraron una tendencia de enriquecimiento. Estos resultados se pueden utilizar para mejorar los esfuerzos de modelado en América Central, donde la escasez de datos a largo plazo limita los planes de gestión de los recursos hídricos.