Characterization of geochemical and biological processes in coastal aquifers: variations along the subterranean estuary-mixing zone

Los acuíferos costeros se distinguen por su singular interacción tierra-mar y la principal dificultad para estudiar estos sistemas es la complejidad de sus ciclos biogeoquímicos. Los procesos importantes en la "zona de mezcla" de los acuíferos costeros controlan el suministro y el intercambio de compuestos químicos a las aguas subterráneas y, por lo tanto, son clave para comprender los flujos de solutos suministrados por las aguas subterráneas al mar y sus impactos en los ecosistemas costeros. Este cuerpo costero conocido como “estuario subterráneo” (STE), se caracteriza por su conexión hidráulica con el mar, creando una interfaz entre el agua dulce y el agua de mar. La distribución y composición de las sustancias que fluyen de la tierra al mar cambia porque las transformaciones que se producen en el acuífero están muy influenciadas por las descargas submarinas de aguas subterráneas y por el agua salada que ha invadido el acuífero a través de la conexión con el mar. Para estudiar estos procesos, se construyó un sitio de investigación en un área de 100m de largo tierra adentro desde la línea de costa y 30m de ancho, en el acuífero aluvial de Argentona, Mataró, al noreste de Barcelona, Cataluña (España). Este sitio experimental se estableció en 2014 y ha sido equipado para el monitoreo intensivo de procesos de acuíferos costeros como la intrusión marina (SWI) y las descargas submarinas de aguas subterráneas (SGD). Actualmente se monitorea con 25 piezómetros (2 metros apantallados) distribuidos en 5 nidos de 4 piezómetros cada uno (a intervalos de 10m, 20m, 15m y 25m) y 4 piezómetros individuales. En este sistema descrito como “sistema multiacuífero y reactivo”, se caracterizaron las condiciones fisicoquímicas, microbiológicas e hidrogeoquímicas asociadas a procesos biogeoquímicos a diferentes profundidades. Para este enfoque se presentarán los nuevos resultados relacionados con una campaña de monitoreo en diciembre de 2021 que caracterizan el estuario subterráneo. Coastal aquifers are distinguished by their unique land-sea interaction and the main difficulty in studying these systems is the complexity of their biogeochemical cycles. Important processes in the “mixing zone” of coastal aquifers control the supply and exchange of chemical compounds to groundwaters, and thus are key to understand the fluxes of solutes supplied by groundwater to the coastal sea and their impacts for coastal ecosystems. This coastal body known as a “subterranean estuary” (STE), is characterized by its hydraulic connection to the sea, creating an interface between freshwater and seawater. The distribution and composition of substances flowing from land to sea change because transformations that take place in the aquifer are highly influenced by the submarine groundwater discharges and the seawater that has invaded the aquifer through the connection to the sea. In order to study these processes, a research site was constructed in an area 100 m long inland from the coastline and 30 m wide, in the alluvial aquifer of Argentona, Mataró, northeast of Barcelona, Catalonia (Spain). This experimental site was established in 2014 and has been equipped for intensive monitoring of coastal aquifer processes such as Seawater Intrusion (SWI) and Submarine Groundwater Discharge (SGD). Currently, it is monitored with 25 piezometers (2 meters screened) distributed in 5 nests with 4 piezometers each (at 10m, 20m, 15m, and 25m intervals) and 4 individual piezometers. In this system described as a "multi-aquifer and reactive system", the physicochemical, microbiological and hydrogeochemical conditions associated with biogeochemical processes at different depths were characterized. For this approach, the new results related with a monitoring campaign in December 2021 that characterize the subterranean estuary will be presented.