Application of environmental groundwater tracers at the Sulphur Bank Mercury Mine, California, USA

Boron, chloride, sulfate, δD, δ¹⁸O, and ³H concentrations in surface water and groundwater samples from the Sulphur Bank Mercury Mine (SBMM), California, USA were used to examine geochemical processes and provide constraints on evaporation and groundwater flow. SBMM is an abandoned sulfur and mercury mine with an underlying hydrothermal system, adjacent to Clear Lake, California. Results for non-³H tracers (i.e., boron, chloride, sulfate, δD, and δ¹⁸O) identify contributions from six water types at SBMM. Processes including evaporation, mixing, hydrothermal water input and possible isotopic exchange with hydrothermal gases are also discerned. Tritium data indicate that hydrothermal waters and other deep groundwaters are likely pre-bomb (before ~1952) in age while most other waters were recharged after ~1990. A boron-based steady-state reservoir model of the Herman Impoundment pit lake indicates that 71–79% of its input is from meteoric water with the remainder from hydrothermal contributions. Results for groundwater samples from six shallow wells over a 6–month period for δD and δ¹⁸O suggests that water from Herman Impoundment is diluted another 3% to more than 40% by infiltrating meteoric water, as it leaves the site. Results for this investigation show that environmental tracers are an effective tool to understand the SBMM hydrogeologic regime.

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Résumé Les concentrations en bore, chlorure, sulfate, δD, δ¹⁸O, et ³H d’échantillons d’eaux de surface et souterraine prélevés dans le banc de soufre de la mine de mercure (SBMM en anglais) en Californie, USA, ont été utilisées pour étudier les processus géochimiques et pour fournir des contraintes à l’évaporation et à l’écoulement des eaux souterraines. La SBMM est une mine de soufre et de mercure abandonnée, adjacente au lac Clear en Californie et sous laquelle se trouve un système hydrothermal.Les résultats des traceurs autres que le tritium (bore, chlorure, sulfate, δD, et δ¹⁸O) ont permis d’identifier des contributions de six types d’eaux à SBMM. Des processus tels que l’évaporation, le mélange, l’entrée d’eau hydrothermale et de possibles échanges isotopiques avec des gaz hydrothermaux ont également été identifiés. Les données de tritium montrent que les eaux hydrothermales et d’autres eaux profondes sont probablement d’age antérieure à la bombe (avant ~1952), alors que la plupart des autres eaux sont issues de la recharge après ~1990. Un modèle de réservoir représentant le lac situé dans la partie Herman Impoundment de l’ancienne mine, en régime permanent et basé sur le bore, montre que 71–79% de l’eau provient des précipitations, le reste provenant de contributions hydrothermales. Les résultats de δD et δ¹⁸O pour des échantillons d’eau souterraine de six puits peu profonds sur une période de 6 mois suggèrent que l’eau de Hermann Impoundment est encore diluée entre 3% jusqu’à plus de 40% lorsqu’elle quitte le site du fait de l’infiltration d’eau météorique. Les résultats de cette étude montrent que les traceurs environnementaux constituent un outil efficace pour comprendre le régime hydrogéologique de la SBMM.

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Resumen Se han utilizado datos de concentraciones de boro, cloruros, sulfatos, δD, δ¹⁸O, y ³H en muestras de aguas superficiales y subterráneas procedentes de la Mina de Mercurio Sulphur Bank (SBMM), California, USA, para estudiar los procesos geoquímicos y caracterizar la evaporación y el flujo del agua subterránea. SBMM es una mina abandonada de azufre y mercurio con un sistema hidrotermal subyacente, cercano al Lago Clear, California.Los resultados de los trazadores que no son ³H (por ejemplo, boro, cloruros, sulfatos δD, y δ¹⁸O) identifican las contribuciones de seis tipos de agua en la SBMM. Se han identificado diversos procesos, como evaporación, mezcla, entrada de agua hidrotermal y la posibilidad de intercambios isotópicos con gases hidrotermales. Los datos de tritio indican que las aguas hidrotermales y otras aguas subterráneas profundas son probablemente pre-bombas (previas a ~1952) en edad mientras que la mayoría de las otras aguas se han recargado después de ~1990. Un modelo estacionario basado en el boro de la fosa del lago Herman Impoundment indica que el 71–79% de su entrada procede de agua meteórica con restos de contribución hidrotermal. Los resultados para las muestras de aguas subterráneas procedentes de seis pozos superficiales en un periodo de 6 meses para δD y δ¹⁸O sugieren que el agua procedente de Herman Impoundment se diluye en otro 3% hasta más del 40% debido a la infiltración de agua meteórica., que sale del sitio. Los resultados de esta investigación muestran que los trazadores ambientales son una herramienta efectiva para entender el régimen hidrogeológico de la SBMM.