Hydrochemical Evolution of Sodium-Sulfate and Sodium-Chloride Groundwater Beneath the Northern Chihuahuan Desert, Trans-Pecos, Texas, USA

• Published in: Hydrogeology journal Vol. 5; no. 2; pp. 4 - 16
• Main Authors: Fisher, RStephen, Mullican, William F
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Heidelberg Springer Nature B.V 01.02.1997
• Subjects: Aeration zone; Alluvium; Aquifers; Arid zones; Calcite; Chemical precipitation; Deserts; Dissolution; Dolomite; Evapotranspiration; Evolution; Flow system; Geochemistry; Groundwater; Groundwater flow; Groundwater recharge; Gypsum; Irrigation; Irrigation effects; Irrigation systems; Irrigation water; Leachates; Mineralogy; Return flow; Sediments; Sodium; Solutes; Unsaturated; USA, Texas; Water chemistry; USA, Texas; Mexico, Chihuahuan Desert
• ISSN: 1431-2174; 1435-0157
• DOI: 10.1007/s100400050102

Groundwater beneath the northern Chihuahuan Desert, Trans-Pecos, Texas, USA, occurs in both carbonate and siliciclastic aquifers beneath a thick unsaturated zone in shallow Rio Grande alluvium. Groundwater hydrochemical evolution was investigated by analyzing soils, soils leachates, bolson-fill sediments, water from the unsaturated zone, and groundwater from three major aquifers. Ionic relations, mineral saturation states, and geochemical modeling show that groundwater compositions are controlled by reactions in the unsaturated zone, mineralogy of unsaturated sediments and aquifers, position in the groundwater flow system, and extensive irrigation. Recharge to aquifers unaffected by irrigation is initially a Ca-HCO sub(3) type as a result of dissolving carbonate surficial salts. With continued flow and mineral-water interaction, saturation with calcite and dolomite is maintained, gypsum is dissolved, and aqueous Ca and Mg are exchanged for adsorbed Na to produce a Na-SO sub(4) water. Groundwater in Rio Grande alluvium is a Na-Cl type, reflecting river-water composition and the effects of irrigation, evapotranspiration, and surficial salt recycling. These results document two hydrochemical evolution paths for groundwater in arid lands. If recharge is dilute precipitation, significant changes in water chemistry can occur in unsaturated media, ion exchange can be as important as dissolution-precipitation reactions in determining groundwater composition, and mineral-water reactions ultimately control groundwater composition. If recharge is return flow of irrigation water that already contains appreciable solutes, mineral-water reactions are less important than irrigation-water composition in determining groundwater chemistry.Original Abstract: Il existe des eaux souterraines sous le nord du desert de Chihuahuan (Trans-Pecos, Texas) a la fois dans des aquiferes carbonates et detritiques siliceux, surmontes par une epaisse zone non saturee et dans les alluvions peu profondes du rio Grande. L'evolution hydrochimique des eaux souterraines a eteetudiee a partir d'analyses de sols, de lixiviats de sols, de sediments de cuvettes endoreieques, d'eaux de la zone non saturee et d'eaux des trois principaux aquiferes. Les relations ioniques, les etats de saturation des mineraux dissous et une modelisation geochimique montrent que les compositions des eaux souterraines sont controlees par les reactions dans la zone non saturee, par la mineralogie des sediments non satures et des formations aquiferes qui ne sont pas touches par l'irrigation est a l'origine marquee par Ca et HCO3, du fait de la dissolution des sels carbonates de surface. L'ecoulement continu et les interactions eau-mineraux maintiennent la saturation vis-a-vis de la calcite et de la dolomite, produisent une dissolution du gypse et provoquent des echanges entre Ca et Mg dissous et Na adsorbe pour donner aux eaux un fadies sulfate sodique. Le facies de l'eau souterraine des alluvions du Rio Grande est chlorure sodique, conformement a la composition de l'eau de la riviere et aux effets de l'irrigation, de l'evapotranspiration et de la reconcentration des sels en surface. Ces Resultats donnent des informations sur deux types d'evolution hydrochimique des eaux souterraines en zones arides. Si la recharge est due a des precipitations faiblement mineralisees, des changements significatifs du chimisme de l'eau peuvent se produire en zone non saturee, les echanges d'ions peuvent etre aussi importants que les reactions de dissolution - precipitation dans la determination de la composition chimique des eaux souterraines et les reactions eau - mineraux controlent a la fin la composition chimique des eaux souterraines. Si la recharge est assuree par l'eau d'irrigation dont la mineralisation est des le debut notable, les reactions eau - mineraux sont moins importantes que la composition de l'eau d'irrigation dans la determination du chimisme des eaux souterraines.