Groundwater recharge mechanisms inferred from isoscapes in a complex tropical mountainous region

Abstract

Stable isotope variations and groundwater recharge mechanisms remain poorly understood across the tropics, particularly in Central America. Here stable isotopes (δ18O and δ2H) in groundwater, surface water, and rainfall are used to produce high-resolution (100m2 grid) isoscapes for Costa Rica, from which an isotope ratio of precipitation to groundwater (P/GW) is estimated to elucidate the dominant groundwater recharge processes. Spatially, groundwater and surface water isotope ratios depict the strong orographic separation into the Caribbean and Pacific slopes induced by moisture transport directly from the Caribbean Sea and the eastern tropical Pacific Ocean. P/GW isotope ratios reveal that groundwater recharge is biased toward intensive and more depleted monthly rainfall across the Pacific slope with clear evidence of secondary evaporation indicating slower soil matrix recharge processes. On the other hand, P/GW isotope ratios indicate a weak influence of secondary evaporation across the Caribbean slope suggesting rapid recharge via preferential flow paths,Las variaciones de isótopos estables y los mecanismos de recarga de las aguas subterráneas siguen siendo poco conocidos en los trópicos, particularmente en América Central. Aquí, los isótopos estables (δ18O y δ2H) en el agua subterránea, el agua superficial y la lluvia se utilizan para producir paisajes isotópicos de alta resolución (cuadrícula de 100m2) para Costa Rica, a partir de los cuales se estima una relación isotópica de precipitación a agua subterránea (P / GW) para dilucidar. los procesos dominantes de recarga de aguas subterráneas. Espacialmente, las proporciones de isótopos de las aguas subterráneas y superficiales representan la fuerte separación orográfica en las vertientes del Caribe y el Pacífico inducida por el transporte de humedad directamente desde el Mar Caribe y el Océano Pacífico tropical oriental. Las proporciones de isótopos P / GW revelan que la recarga de agua subterránea está sesgada hacia lluvias mensuales intensivas y más agotadas en la vertiente del Pacífico con una clara evidencia de evaporación secundaria que indica procesos de recarga de la matriz del suelo más lentos. Por otro lado, las relaciones de isótopos P / GW indican una débil influencia de la evaporación secundaria a lo largo de la vertiente del Caribe, lo que sugiere una recarga rápida a través de rutas de flujo preferenciales.