Detecting the presence of localized ground water inputs into High Arctic lakes

Madison L. Harasyn, Scott F. Lamoureux, Alexandre Normandeau

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoOttawa 2017: 70th Canadian Geotechnical Conference; 12th joint with IAH-CNC

Session: Cold Regions Hydrogeology II / Public Consultation

ABSTRACT: This research investigated the presence of ground water seepage within two High Arctic lakes situated in continuous permafrost at Cape Bounty, Melville Island, Nunavut. Small isolated depressions (21) were identified at the bottom of each lake using 2-meter resolution swath bathymetric data in East and West Lake (unofficial names). It was hypothesized that these depressions could be the sites of ground water seepage into the lakes, which was tested through the collection of CTD water column casts and bottom water sampling in 2016. Water chemistry and water column data were used as indicators of ground water seepage, and were expected to have properties similar to the source of the groundwater, generating a change in water chemistry at seepage sites. Water chemistry shows site-specific changes at the bottom of both lakes. Ionic ratios for the northern, deeper sites in both lakes differ from ratios of the rest of the sample sites, as well as the ambient water column of each lake. These locations are on strike and in the vicinity of the boundary between two major geologic units. Water column properties (temperature, SpC and DO) showed no measurable change within East Lake, while a localized change within the lower 9 m of the West Lake had increased electrical conductivity and temperature, as well as a corresponding decrease in dissolved oxygen. Despite measured differences in water column properties between the lakes, bottom water ionic composition is more similar to marine water than to catchment surface runoff or the respective lake water columns. These results suggest that highly localized ground water seepage is likely occurring in these High Arctic lakes. Potential pathways for ground water flow beneath these lakes have been identified based on knowledge of water source characteristics and permafrost dynamics and likely represent either subpermafrost water or brines rejected during permafrost growth or sufficiently saline to be mobile as intrapermafrost groundwater. Cette recherche vise à étudier l'infiltration des eaux souterraines dans deux lacs du Haut-Arctique situés dans une zone de pergélisol continu à Cape Bounty, île Melville, au Nunavut. De petites dépressions isolées (21) ont été identifiées au fond de chaquété testée lors de la collecte de profils CTD et de l'échantillonnage de l'eau près du fond en 2016. Les données sur la chimie de l'eau ont été utilisées comme indicateurs de l'infiltration des eaux souterraines et devraient avoir des propriétés similaires à la source des eaux souterraines, générant un changement dans la chimie de l'eau dans les sites d'infiltration. La chimie de l'eau montre des changements spécifiques aux sites de dépression dans les deux lacs. Les ratios ioniques pour les sites nordiques et plus profonds des deux lacs diffèrent des ratios du reste des sites d'échantillonnage, ainsi que de la colonne d'eau ambiante de chaque lac. Ces emplacements sont à proximité de la frontière entre deux unités géologiques majeures. Les propriétés de la colonne d'eau (température, conductivité et oxygène dissous) n'ont montré aucun changement mesurable dans le lac Edissous. Malgré les différences mesurées dans les propriétés de la colonne d'eau entre les lacs, la composition ionique de l'eau de fond est plus similaire à celle de l'eau marine que de celle du ruissellement du bassin versant ou de la colonne d'eau des lacs. Ces résultats suggèrent que des infiltrations d'eau souterraine très localisées se produisent été identifiées en fonction de la connaissance des caractéristiques des sources d'eau et de la dynamique du pergélisol et représentent vraisemblablement des eaux souterraines sous le pergélisol ou des saumures rejetées lors de la croissance du pergélisol ou suffisamment salines pour être mobiles comme eaux souterraines dans le pergélisol.

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