Isotope characterisation of deep aquifers in the Gwda catchment, northern Poland

Open access

Abstract

We present the results of isotope measurements (δ18O, δ D, δ13CDIC and 14C) and chemical analyses (TDS, TOC, HCO3-, SO42-, Cl-, NO3-, NH4+, Ca2+, Mg2+ Na+ and K+) conducted on groundwater samples collected from deep Cenozoic aquifers. These aquifers are the basic source of drinking water at numerous localities within the study area in northern Poland. Most of the δ18O determinations are characterised by low variability (i.e., > 70 per cent of δ18O are between -9.5‰ and -9.2‰). In most cases tritium activity was not detected or its content slightly exceeded the uncertainty of measurement (from ±0.3 T.U. to ± 0.5 T.U.). On average, 14C activity is twice higher than that under similar conditions and in hydrogeological systems. The δ13CDIC values fall within the -13.6‰ to -12.8‰ range. A slight variability is observed when considering all isotope and chemical data within the study area and under these hydrogeological conditions. In general, the results of isotope and chemical analyses seem to be homogeneous, indicating the presence of closely similar groundwaters in the system, irrespective of geological formation. It is likely that there is a significant hydraulic connection between shallow and deep aquifers in the Gwda catchment, which indicates the potential for seepage of pollutants from shallow Pleistocene to deep Miocene aquifers. This can endanger the latter by e.g., high concentrations of NO3-, SO42- and Cl- ions from shallow aquifers within the Gwda catchment.

If the inline PDF is not rendering correctly, you can download the PDF file here.

  • Amundson R. Stern L. Baisden T. & Wang Y. 1998. The isotopic composition of soil and soil-respired CO2. Geoderma 82 83-114.

  • Clark I.D. & Fritz P. 1997. Environmental isotopes in hydrogeology. CRS Press Boca Raton 328 pp.

  • Coplen T.B. 1994. Reporting and stable hydrogen carbon and oxygen isotopic abundances. Pure and Applied Chemistry Journal 66 273-276.

  • Craig H. 1961. Isotopic variations in meteoric waters. Science 133 (3465): 1702-1703.

  • d’Obyrn K. Grabczak J. & Zuber A. 1997. Mapy składów izotopowych infiltracji holoceńskiej na obszarze Polski [Maps of isotopic composition of the Holocene meteoric waters in Poland]. [In:] J. Górski & E. Liszkowska (Eds): Współczesne problemy hydrogeologii [Contemporary Problems of Hydrogeology] 8 331-333.

  • Duliński M. Kmiecik E. Opoka M. Różański K. Szczepańska J. Szklarczyk T. Oliwka I. Witczak S. & Zuber A. 2002. Hydrochemistry of Kedzierzyn Subtrough aquifer as related to water ages. Prace Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego 22 35-43.

  • Friedman I. O’Neil J. & Cebula G. 1982. Two new carbonate stable isotope standards. Geostandards Newsletter 6 11-12.

  • Gamnitzer U. Moyes A.B. Bowling D.R. & Schnyder H. 2011. Measuring and modelling the isotopic composition of soil respiration: insights from a grassland tracer experiment. Biogeosciences 8 1333-1350.

  • Gorczyca Z. Jelen K. & Kuc T. 1998. Gas counting system for 14C dating of small samples in the Kraków laboratory. Radiocarbon 40 129-135.

  • Gorczyca Z. Kuc T. & Różański K. 2013. Concentration of radiocarbon in soil-respired CO2 flux: Datamodel comparison for three different ecosystems in southern Poland. Radiocarbon 55 1521-1532.

  • Gorczyca Z. Różański K. Kuc T. & Michalec B. 2003. Seasonal variability of the soil CO2 flux and its isotopic composition in southern Poland. Nukleonika 48 187−196.

  • Górska M. 2002. Petrography of glacial sediments within the Drawskie Lakeland. [In:] R. Dobracki J. Lewandowski & T. Zielinski (Eds): Plejstocen Pomorza Środkowego i strefa marginalna lobu Parsęty [Pleistocene of Middle Pomerania and marginal zone of Parsęta lobe]. Państwowy Instytut Geologiczny & Uniwersytet Śląski Sosnowiec 23-23.

  • Górski J. 2001. Propozycje oceny antropogenicznego zanieczyszczenia wód podziemnych na podstawie wybranych wskaźników hydrogeochemicznych [Proposal of anthropogenic contamination evaluation of groundwater on the base of chosen hydrochemical indicators]. [In:] T. Bocheńska & S. Staśko (Eds): Współczesne Problemy Hydrogeologii 10 309-314.

  • Gröning M. & Rozanski K. 2003. Uncertainty assessment of environmental tritium measurements in water. Accreditation and Quality Assurance 8 359-366.

  • Kachnic M. & Kotowski T. 2004a. Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000 - arkusz Złotów wraz z objaśnieniami [Hydrogeological Map of Poland 1:50 000 Złotów sheet with explanations]. Państwowy Instytut Geologiczny Warszawa.

  • Kachnic J. & Kotowski T. 2004b. Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000 arkusz Wysoka wraz z objaśnieniami [Hydrogeological Map of Poland 1:50 000 Wysoka sheet with explanations]. Państwowy Instytut Geologiczny Warszawa.

  • Kasiński J.R. Czapkowski G. & Gąsiewicz A. 2002. Marine- influenced and continental setting of the Poznań Formation (Upper Neogene Central and SW Poland). [In:] K. Gürs (Ed.): Northern European Cenozoic Stratigraphy 8 162-184.

  • Kotowski T. 2009. Procesy kształtujące skład chemiczny płytkich poziomów wodonośnych plejstocenu w obszarze zlewni Gwdy [Processes forming the chemical composition of a shallow Pleistocene aquifers within the Gwda river catchment]. Geological Exploration Technology. Geothermics Sustainable Development 244 133-149.

  • Kotowski T. 2011. Porównanie wybranych statystycznych metod analizy danych hydrogeochemicznych na przykładzie kenozoicznych poziomów wodonośnych w obszarze zlewni Gwdy [Comparison of selected statistical methods of hydrogeochemical data analysis exemplified by Cenozoic aquifers within the Gwda river basin]. Biuletyn Państwego Instytutu Geologicznego 447 15-24

  • Kotowski T. & Burkowska A. 2011. The influence of bacterial reduction on the concentration of sulphates in deep aquifers in a southeastern section of the river Gwda drainage basin northwestern Poland. Polish Journal of Environmental Studies 20 379-386.

  • Kotowski T. & Kachnic M. 2007. Formowanie składu chemicznego wód podziemnych w warstwach miocenu i plejstocenu w rejonie występowania głębokiej doliny kopalnej w pobliżu Wysokiej [The formation of chemical composition of groundwaters from the Miocene and the Pleistocene aquifers within of the buried valley area located in the vicinity of Wysoka]. Biuletyn Państwego Instytutu Geologicznego 427 47-60.

  • Kotowski T. & Satora S. 2012. Wody podziemne zlewni Gwdy - struktura wykorzystania i zagrożenia [Groundwater’s of Gwda catchment - the utilization and threats]. Gaz Woda i Technika Sanitarna 2 81-84.

  • Kotowski T. & Śmietański L. 2010. Wstępne wyniki badań hydrogeochemicznych izotopowych i mode lowych wykonanych w zlewni Gwdy [Preliminary results of hydrogeochemistry isotope and modelling studies within the Gwda river basin]. Biuletyn Państwego Instytutu Geologicznego 442 121-128.

  • Kotowski T. & Najman J. 2015. Results of the determination of He in Cenozoic aquifers using the GC method. Groundwater 53 47-55.

  • Krawiec A. 2005. Wyniki badań izotopowych i hydrochemicznych wód leczniczych z otworu wiertniczego Piła IG-1 [Results of the isotopes and hydrochemical investigations of therapeutical waters from Piła IG-1 borehole in Kotuń]. [In:] A. Sadurski & A. Krawiec (Eds): Współczesne Problemy Hydrogeologii 7 815-818.

  • Najman J. & Śliwka I. 2013. Rozwój metody jednoczesnego pomiaru stężenia helu argonu oraz neonu do datowania wód podziemnych [The development of the simultaneous method of helium argon and neon measurements for the groundwater dating]. Biuletyn Państwego Instytutu Geologicznego 456 419-424.

  • Piwocki M. 2004. Paleogen i neogen Pomorza - profil regionalny i korelacje z obszarami sąsiednimi [The Paleogene and the Neogene of Pomerania - the regional profile and correlations with adjacent areas]. Przegląd Geologiczny 52 693-694.

  • Piwocki M. & Ziembińska-Tworzydło M. 1997. Neogene of the Polish Lowlands - lithostratigraphy and pollen-spore zones. Geological Quarterly 41 21-40.

  • Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 23 lipca 2008 r. w sprawie kryteriów i sposobu oceny stanu wód podziemnych [Regulation of the Minister of Environment dated 23 July 2008 on the criteria and methods of evaluating the underground water conditions]. (Dz.U. 2008 nr 143 poz. 896).

  • Stern L. Baisden W.T. & Amundson R. 1999. Processes controlling the oxygen isotope ratio of soil CO2: Analytic and numerical modeling. Geochimica et Cosmochimica Acta 63 799-814.

  • Stoiński A. 2004. Geological Map of Poland 1:50 000 sheet 0273 with explanations. Polish Geological Institute Warsaw.

  • Wągrowski A. 2005. Geological Map of Poland 1:50 000 sheet 0272 with explanations. Polish Geological Institute Warsaw.

  • Wiśniowski Z. 1998. Hydrogeological Map of Poland 1:50 000 sheet 159 Barwice. Polish Geological Institute Warsaw.

  • Witczak S. Szklarczyk T. Kmiecik E. Szczepańska J. Zuber A. Różański K. & Duliński M. 2007. Hydrodynamic modelling environmental tracers and hydrochemistry of a confined sandy aquifer (Kędzierzyn- Głubczyce Subtrough SW Poland). Geological Quarterly 51 1-16.

  • Zuber A. Kozerski B. Sadurski A. Kwaterkiewicz A. & Grabczak J. 1990. Origin of brackish waters in the Quaternary aquifer of the Vislula delta. [In:] B. Kozerski & A. Sadurski (Eds): Proceedings of 11th Salt Water Intrusion Meeting. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej Gdańsk 249-262.

Search
Journal information
Impact Factor


CiteScore 2018: 1.19

SCImago Journal Rank (SJR) 2018: 0.306
Source Normalized Impact per Paper (SNIP) 2018: 0.937


Metrics
All Time Past Year Past 30 Days
Abstract Views 0 0 0
Full Text Views 132 61 3
PDF Downloads 72 50 1