Microbial and chemical characterization of a groundwater flow system in an intermontane basin of southern New Mexico, USA

Dirk Schulze-Makuch; Philip Goodell; Thomas Kretzschmar; John F Kennedy

doi:10.1007/s10040-003-0267-3

Groundwater of the southern Jornada del Muerto Basin, an intermontane basin structure associated with the Rio Grande rift located in south-central New Mexico, USA, was analyzed chemically and microbially. A microbial phospholipid fatty acids (PLFA) analysis revealed a sparse microbial population consisting of relatively simple microorganisms with no major population changes along the flow system. A nucleic acid (DNA) analysis of the groundwater resulted in the identification of ten eubacterial and one archeal species. Chemical analyses revealed that sulfate along with calcium, magnesium, iron, and manganese is removed by about an order of magnitude in concentration from the recharge area to the discharge area. The removal of iron, manganese, magnesium, and to some extent calcium can be explained by oxidation reactions and the precipitation of dolomite. Sulfate and additional calcium are most likely removed by the precipitation of gypsum. Thiobacillus spp. are oxidizing metal sulfides that occur as subsurface sulfide mineral deposits to sulfuric acid, which subsequently reacts with calcium carbonate and water to precipitate gypsum. The presence of these sulfide deposits exposed to oxygenated water in the deep groundwater flow system significantly alters its chemical and bacteriological composition.Les eaux souterraines du bassin méridional de Jornada del Muerto, une structure de bassin intra-montagneux associé au rift du Rio Grande dans le centre sud du Nouveau Mexique (États-Unis) ont été soumises à des analyses chimiques et bactériologiques. Une analyse microbiologique des acides gras phospholipidiques a révélé l'existence d'une population microbienne dispersée consistant en microorganismes relativement simples, sans changements majeurs de la population dans le sens de l'écoulement. Une analyse de l'ADN des eaux souterraines a permis l'identification de 10 espèces d'eubactéries et d'une espèce d'archéobactérie. Les analyses chimiques ont montré que les concentrations en sulfates, ainsi qu'en calcium, magnésium, fer et manganèse, diminuent d'environ un facteur 10 depuis la zone de recharge jusqu'à la zone de décharge. L'immobilisation du fer, du manganèse, du magnésium et dans certaines limites du calcium peut être expliquée par des réactions d'oxydation et la précipitation de dolomite. Les sulfates et le calcium associé sont très probablement éliminés par la précipitation de gypse. Thiobacillus sp. oxyde les sulfures métalliques, présents dans les dépôts de minéraux sulfurés, en acide sulfurique qui en retour réagit avec le carbonate de calcium et l'eau pour précipiter du gypse. La présence de ces dépôts sulfurés exposés à l'eau riche en oxygène dans les parties profondes du système aquifère altère significativement sa composition chimique et bactériologique.Se ha analizado desde el punto de vista químico y microbiológico las aguas subterráneas de la cuenca meridional de la Jornada del Muerto, estructura intermontana asociada al Río Grande rift, en la zona central-meridional de Nuevo México (Estados Unidos de América). El análisis microbiano de ácidos grasos fosfolípìdos (AGF) revela la existencia de una población microbiana dispersa formada por microorganismos relativamente sencillos que no muestran cambios significativos a lo largo del sistema de flujo. El análisis de ácido nucleico (ADN) de las aguas subterráneas ha permitido identificar diez especies eubacterianas y una de arcaebacterias. Los análisis químicos indican que se produce una disminución de un orden de magnitud en la concentración de sulfato, calcio, magnesio, hierro y manganeso entre las áreas de recarga y de descarga. La eliminación de hierro, manganeso, magnesio y, en menor medida, calcio puede explicarse por las reacciones de oxidación y la precipitación de dolomita. El sulfato y el resto de calcio son probablemente eliminados por la precipitación de yesos. Los Thiobacillus spp. oxidan los sulfuros metálicos, que aparecen como depósitos subsuperficiales de minerales de sulfuro, a ácido sulfúrico; éste reacciona posteriormente con el carbonato cálcico y con el agua para precipitar en forma de yesos. La presencia de depósitos de sulfuro expuestos a aguas oxigenadas en sistemas acuíferos profundos altera de forma notable la composición química y bacteriológica de éstas.

Microbial and chemical characterization of a groundwater flow system in an intermontane basin of southern New Mexico, USA

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