Environmental tracers as tools to identify the origin and age of groundwater from the public supply system in the municipality of São Carlos

A utilização de águas subterrâneas para abastecimento é uma fonte imprescindível em escala mundial. Nesse contexto, tornam-se imprescindíveis estudos relativos ao uso, qualidade e, sobretudo, acerca da preservação deste recurso hídrico para que as atividades de extração ocorram de forma sustentável. O Sistema Aquífero Guarani (SAG) compreende um dos mais importantes aquíferos do mundo, entretanto, quase nenhuma região onde SAG é utilizado no abastecimento público possuem estudos detalhados acerca das origens e idades relativas de suas águas. Diante do exposto, o objetivo principal desta pesquisa foi identificar diferentes origens e estimar a idade das águas subterrâneas do SAG utilizadas no abastecimento público em São Carlos (SP), região nordeste do SAG. Primeiramente, realizou-se detalhada caracterização hidrogeoquímica e classificação das águas subterrâneas provenientes de poços de abastecimento e, em seguida, foram conduzidos estudos envolvendo múltiplos traçadores naturais. Razões isotópicas estáveis da água (2H e 18O) e elementos terras-raras (ETR) foram avaliados a fim de verificar possíveis pontos de recarga (origens meteóricas locais) e assinaturas geológicas (promovidas pela interação água-rocha), respectivamente. A estimativa da idade das águas subterrâneas foi conduzida por meio de análises do radiocarbono 14C. Além disso, avaliou-se possíveis origens de nitrato nas águas subterrâneas, utilizando os traçadores isotópicos 15NNO3 e 18ONO3. Os resultados indicaram que grande parte das águas subterrâneas da área de estudo é decorrente de origem meteórica condizente com a precipitação recente local. Nessas águas, foram identificadas as idades relativas mais jovens (440 a 850 RCYBP). Essas águas apresentaram baixas concentrações de ETR, revelando menor interação com as rochas do reservatório. Entretanto, foi possível identificar assinaturas geológicas condizentes com as formações Botucatu, Piramboia e Serra Geral. Por fim, nessas águas foram identificados inputs antropogênicos relacionados a possíveis contaminações por efluentes sanitários. Por outro lado, duas amostras apresentaram maior empobrecimento da composição isotópica 2H e 18O e a idade relativa estimada (13.830 RCYBP) muito mais antiga que as demais, revelando a possibilidade de um fluxo subterrâneo restrito. O comportamento singular na distribuição dos ETR nesse grupo revelou maior interação entre água e rocha origem, ocasionada pelo maior período de residência dessas águas nos aquíferos, o que favorece os processos de intemperismo químico e maior dessorção de ETR pesados. Essas divergências reiteram a importância das estratégias de proteção e exploração sustentável das águas subterrâneas, a fim de garantir as condições de recarga do aquífero, impedir a contaminação e evitar superexplotação.Using groundwater for supply is an indispensable source worldwide. In this context, studies on the use, quality and, above all, the preservation of this water resource are essential for carrying out sustainable extraction. The Guarani Aquifer System (GAS) comprises one of the most important aquifers in the world, however almost no region where GAS is used for public supply has detailed studies on the relative origins and ages of its waters. Considering this, the main aim of this research was to identify different origins and estimate the age of GAS groundwater used in public water supply in São Carlos (SP) in the north-east region of GAS. First, a detailed hydrogeochemical characterization and classification of groundwater from wells was carried out, and then studies involving multiple natural tracers were conducted. Stable water isotopes (2H and 18O) and rare-earth elements (REE) were evaluated to verify possible recharge points (local meteoric origins) and geological signatures (promoted by water-rock interaction), respectively. The estimation of the groundwater age was conducted by 14C radiocarbon analysis. In addition, possible sources of nitrate in groundwater were evaluated using isotopic tracers 15NNO3 and 18ONO3. The results indicated that most of the groundwater in the study area is due to meteoric origin consistent with recent local precipitation. In these waters, the youngest relative ages (440 to 850 RCYBP) were identified. These waters presented low concentrations of REE, revealing less interaction with the reservoir rocks. However, geological signatures consistent with the Botucatu, Piramboia and Serra Geral Formations were identified. Finally, anthropogenic inputs were identified in these waters related to possible contamination by sanitary effluents. On the other hand, two samples presented greater depletion of the isotopic composition 2H and 18O and the estimated relative age (13,830 RCYBP) was much older than the others, revealing the possibility of a restricted underground flow. The unique behavior of REE distribution in this group showed a greater interaction between water and source rock, caused by the longer residence period of these waters in aquifers, which favors chemical weathering processes and greater desorption of heavy REE. These divergences reiterate the importance of groundwater protection and sustainable extraction strategies in order to ensure aquifer recharge conditions, preventing contamination and overexploitation