Contributions of groundwater conditions to soil and water salinization

Abstract

 Salinization is the process whereby the concentration of dissolved salts in water and soil is increased due to natural or human-induced processes. Water is lost through one or any combination of four main mechanisms: evaporation, evapotranspiration, hydrolysis, and leakage between aquifers. Salinity increases from catchment divides to the valley floors and in the direction of groundwater flow. Salinization is explained by two main chemical models developed by the authors: weathering and deposition. These models are in agreement with the weathering and depositional geological processes that have formed soils and overburden in the catchments. Five soil-change processes in arid and semi-arid climates are associated with waterlogging and water. In all represented cases, groundwater is the main geological agent for transmitting, accumulating, and discharging salt. At a small catchment scale in South and Western Australia, water is lost through evapotranspiration and hydrolysis. Saline groundwater flows along the beds of the streams and is accumulated in paleochannels, which act as a salt repository, and finally discharges in lakes, where most of the saline groundwater is concentrated. In the hummocky terrains of the Northern Great Plains Region, Canada and USA, the localized recharge and discharge scenarios cause salinization to occur mainly in depressions, in conjunction with the formation of saline soils and seepages. On a regional scale within closed basins, this process can create playas or saline lakes. In the continental aquifers of the rift basins of Sudan, salinity increases along the groundwater flow path and forms a saline zone at the distal end. The saline zone in each rift forms a closed ridge, which coincides with the closed trough of the groundwater-level map. The saline body or bodies were formed by evaporation coupled with alkaline-earth carbonate precipitation and dissolution of capillary salts.

Résumé

La salinisation est le processus par lequel la concentration des sels dissous dans l'eau et les sols s'accroît sous l'effet de processus naturels ou anthropiques. L'eau est perdue par l'une ou l'autre combinaison de quatre principaux mécanismes : l'évaporation, l'évapotranspiration, l'hydrolyse et la drainance entre aquifères. La salinité augmente depuis les limites des bassins jusqu'au fond des vallées et le long des axes d'écoulement souterrain. La salinisation est expliquée au moyen de deux principaux modèles chimiques développés par les auteurs : l'altération et le dépôt. Ces modèles sont en accord avec les processus géologiques d'altération et de dépôt qui ont formé les sols et qui recouvrent les bassins versants. Cinq processus d'évolution de sols sous climats aride et semi-aride sont associés à l'eau et à des formations aquifères. Dans tous les cas présentés, l'eau souterraine est le principal agent géologique qui transporte, accumule et dépose les sels. A l'échelle de petits bassins versants dans le sud et dans l'ouest de l'Australie, l'eau est consommée par évapotranspiration et par hydrolyse. L'eau souterraine salée coule le long des berges de rivières et s'accumule dans des paléochenaux, qui fonctionnent comme des zones de stockage de sels, et finalement s'écoule dans des lacs, où la plupart des eaux salées se concentrent. Dans les formations bosselées des grandes plaines du nord du Canada et des États-Unis, des scénarios d'alimentation et de décharge localisées conduisent la salinisation à se produire surtout dans les dépressions, en association avec la formation de sols et d'infiltrations salins. A l'échelle régionale dans les bassins fermés, ce processus peut être à l'origine de playas ou de lacs salés. Dans les aquifères continentaux des bassins de rift du Soudan, la salinité augmente le long des axes d'écoulement souterrain et forme ainsi une zone saline à leur extrémité. La zone saline de chaque rift constitue une crête, qui coïncide avec le creux piézométrique. Le ou les ensembles salins se sont formés par évaporation couplée à la précipitation d'un carbonate alcalino-terreux et à la dissolution de sels par capillarité.

Resumen

La salinización es el proceso por el cual la concentración de sales disueltas en el agua o el suelo aumenta por causas naturales o antrópicas. El contenido de agua se reduce por uno o una combinación de los siguientes mecanismos: evaporación, evapotranspiración, hidrólisis y goteo entre acuíferos. La salinidad aumenta en la dirección del flujo subterráneo, desde los puntos de recarga hacia los de descarga. La salinización se puede explicar por dos modelos químicos que se pueden definir como erosión y deposición y que están de acuerdo con los clásicos procesos geológicos que tienen los mismos nombres. Se conocen cinco procesos de salinización de suelos ligados al agua o a la extracción de la misma en climas áridos o semiáridos. En todos los casos que se presentan el agua subterránea es el principal agente geológico de transmisión, acumulación y descarga de sales. A escala de pequeña cuenca, en Australia Occidental y del Sur, el agua se pierde mediante evapotranspiración e hidrólisis. El agua subterránea salina fluye a lo largo de los cauces de los arroyos y se acumula en los paleocanales, que actúan como depósitos, hasta que finalmente descarga en los lagos, donde se acumula la mayor parte de la salinidad. En los hummocks de la Zona Norte de los Grandes Llanos de Canadá y EEUU, la recarga localizada y el tipo de descarga provocan que la salinización tenga lugar fundamentalmente en las depresiones. A escala regional y en cuencas cerradas este mismo mecanismo provoca playas o lagos salinos. En los acuíferos continentales de los rift del Sudán, la salinidad se incrementa a lo largo de las líneas de flujo subterráneo y se concentra en el límite distal. La zona salina en cada rift forma una cresta cerrada que se manifiesta en los mapas piezométricos. El cuerpo o cuerpos salinos se formaron por evaporación, acoplada con la precipitación de carbonatos y la disolución de sales capilares.