Groundwater age and recharge processes in a tropical volcanic aquifer

Abstract

La recarga de agua subterránea en acuíferos volcánicos altamente fracturados sigue siendo poco conocida en los trópicos húmedos. El rápido crecimiento demográfico y los cambios no regulados en el uso de la tierra dieron como resultado una extensa contaminación de las aguas superficiales y una gran dependencia de la extracción de aguas subterráneas en Costa Rica. Este estudio presenta un enfoque de trazadores múltiples que incluye isótopos estables, 3H/3He y gases nobles dentro del acuífero más importante del centro de Costa Rica. Se tomaron muestras de pozos y manantiales a través de un gradiente altitudinal (de 868 a 2,421 msnm), lo que resultó en edades aparentes relativamente jóvenes que oscilaron entre 1,4 ± 4,2 y 76,6 ± 9,9 años. Las relaciones R/RA (0,99 a 5,4) indicaron una señal de tipo MORB a través del acuífero. Las elevaciones potenciales de recarga oscilaron entre 1,703 ± 140 y 2,647 ± 147 msnm. con temperaturas de recarga que varían de 11.40 ± 0.24 ° C a 19.42 ± 0 .26 ° C, respectivamente. Las estimaciones de recarga oscilaron entre 129 ± 78 y 1,605 ± 196 mm/año con un valor promedio de 642 ± 117 mm/año, representando 20.1 ± 4.0% de la precipitación media anual total como recarga efectiva dentro del sistema de acuíferos Barva-Colima. Estos resultados pretenden guiar la selección de áreas de recarga críticas para mejorar la seguridad del agua y la sostenibilidad en Costa Rica.Groundwater recharge in highly-fractured volcanic aquifers remain poorly understood in the humid tropics. Rapid demographic growth and unregulated land use changes resulted in extensive surface water pollution and large dependency of groundwater extraction in Costa Rica. This study presents a multi-tracer approach including stable isotopes, 3H/3He, and noble gases within the most important aquifer of central Costa Rica. Wells and large springs were sampled across an altitudinal gradient (from 868 to 2,421 m asl), resulting in relatively young apparent ages ranging from 1.4±4.2 up to 76.6±9.9 years. R/RA (0.99 to 5.4) ratios indicated a MORB-type signal across the aquifer. Potential recharge elevations ranged from 1,703±140 to 2,647±147 m asl. with recharge temperatures varying from 11.40±0.24°C to 19.42±0.26°C, respectively. Recharge estimates ranged from 129±78 to 1,605±196 mm/yr with a mean value of 642±117 mm/yr, representing 20.1±4.0% of the total mean annual rainfall as effective recharge within the BCS. These results are intended to guide the selection of critical recharge areas to enhance water security and sustainability in Costa Rica.