Storm pulse chemographs of saturation index and carbon dioxide pressure: implications for shifting recharge sources during storm events in the karst aquifer at Fort Campbell,Kentucky/Tennessee,USA

Continuous records of discharge, specific conductance, and temperature were collected through a series of storm pulses on two limestone springs at Fort Campbell, western Kentucky/Tennessee, USA. Water samples, collected at short time intervals across the same storm pulses, were analyzed for calcium, magnesium, bicarbonate, total organic carbon, and pH. Chemographs of calcium, calcite saturation index, and carbon dioxide partial pressure were superimposed on the storm hydrographs. Calcium concentration and specific conductance track together and dip to a minimum either coincident with the peak of the hydrograph or lag slightly behind it. The CO₂ pressure continues to rise on the recession limb of the hydrograph and, as a result, the saturation index decreases on the recession limb of the hydrograph. These results are interpreted as being due to dispersed infiltration through CO₂-rich soils lagging the arrival of quickflow from sinkhole recharge in the transport of storm flow to the springs. Karst spring hydrographs reflect not only the changing mix of base flow and storm flow but also a shift in source of recharge water over the course of the storm.

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Resumen Se ha registrado en continuo la descarga, conductancia específica y temperatura de una serie de episodios de tormenta en dos manantiales en calizas ubicados en Fort Campbell, en el oeste de Kentucky/Tennessee (Estados Unidos de América). Se ha analizado muestras de agua recogidas en breves intervalos de tiempo durante los episodios de tormenta, determinando el calcio, magnesio, bicarbonato, carbono orgánico total y pH. Se ha superpuesto quimiogramas de calcio, índice de saturación en calcita y presión parcial de dióxido de carbono en los hidrogramas de las tormentas. La concentración de calcio y la conductancia específica se comportan de forma similar y presentan un mínimo que coincide también con un pico del hidrograma o que se retrasa ligeramente con respecto a él. La presión de dióxido de carbono sigue aumentando en la rama de recesión del hidrograma y, como consecuencia, disminuye el índice de saturación de la rama de recesión del hidrograma. Se interpreta que estos resultados son debidos a la infiltración dispersa a través de suelos enriquecidos en dióxido de carbono que retrasan el flujo rápido desde la recarga en los sumideros hasta su afloramiento en los manantiales. Los hidrogramas en manantiales kársticos reflejan no sólo la mezcla cambiante del flujo de base y el de tormenta, sino también el cambio en el origen del agua de recarga durante el curso de la tormenta.

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Résumé Lenregistrement en continu du débit, de la conductivité et de la température de leau a été réalisé au cours dune série de crues à deux sources émergeant de calcaires, à Fort Campbell (Kentucky occidental, Tennessee, États-Unis). Des échantillons deau, prélevés à de courts pas de temps lors de ces crues, ont été analysés pour le calcium, le magnésium, les bicarbonates, le carbone organique total et le pH. Les chimiogrammes de calcium, dindice de saturation de la calcite et de la pression partielle en CO₂ ont été superposés aux hydrogrammes de crue. La concentration en calcium et la conductivité de leau se suivent bien et passent par un minimum correspondant au pic de lhydrogramme ou légèrement retardé. La pression partielle en CO₂ continue de croître au cours de la récession de lhydrogramme de même que lindice de saturation de la calcite décroît. Ces résultats sont interprétés comme étant dus à linfiltration dispersée au travers de sols riches en CO₂, décalée par rapport à larrivée de lécoulement rapide provenant de la recharge, à partir dune perte, de lécoulement de crue vers les sources. Les hydrogrammes de sources karstiques ne reflètent pas seulement le mélange variable de lécoulement de base et de lécoulement de crue, mais également un changement dorigine de leau de la recharge au cours de lépisode de crue.