Hydrochemical Characteristics, Driving Mechanisms, and Water Transformation Relationships in Lake Chagan, Songnen Plain

Resumen Técnico: Características Hidroquímicas, Mecanismos Impulsores y Relaciones de Transformación del Agua en el Lago Chagan, Llanura de Songnen

Planteamiento del Problema
El lago Chagan, situado en la zona de transición entre climas áridos y semiáridos de la llanura de Songnen, funciona como una barrera ecológica crítica y un reservorio de agua. Sin embargo, el lago enfrenta una salinización progresiva y un cambio de condiciones de agua dulce a salobre debido a la aridificación climática y a las intensificadas actividades antropogénicas, particularmente el flujo de retorno de la irrigación agrícola. Si bien estudios previos han examinado la hidroquímica de las aguas subterráneas someras o las condiciones de nutrientes del lago de forma aislada, los mecanismos mediante los cuales la evaporación natural y la recarga antropogénica impulsan conjuntamente la evolución hidroquímica siguen siendo insuficientemente comprendidos. Específicamente, las contribuciones relativas de la concentración por evaporación, la interacción agua-roca, el intercambio iónico y la conectividad hidráulica entre los sistemas de lago, río y aguas subterráneas no han sido sistematizadas. Esta brecha de conocimiento dificulta el desarrollo de estrategias efectes de protección de recursos hídricos a escala de cuenca.

Metodología
El estudio empleó un enfoque integrado que combina el muestreo de campo, el análisis hidroquímico y el rastreo de isótopos estables durante la estación húmeda (agosto de 2025).

• Muestreo: Se recolectaron un total de 33 muestras, incluyendo una muestra compuesta de precipitación, 18 muestras de agua del lago, 3 muestras de agua de río y 11 muestras de agua subterránea somera. Se realizó un monitoreo concurrente del nivel del agua en el lago y en cuatro pozos someros.
• Técnicas Analíticas:
  • Hidroquímica: Se analizaron los iones mayores (K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻, HCO₃⁻) y los Sólidos Disueltos Totales (SDT). Los datos se visualizaron mediante diagramas de Piper, diagramas de Gibbs y gráficos de relaciones iónicas para identificar las facies hidroquímicas y los mecanismos de control.
  • Isótopos Estables: Se midieron los isótopos de hidrógeno (δD) y oxígeno (δ¹⁸O) para identificar las fuentes de recarga, cuantificar la intensidad de la evaporación y rastrear las vías de transformación del agua.
  • Análisis Estadístico: Se realizaron estadísticas descriptivas y evaluaciones de variabilidad espacial para caracterizar la dispersión de las composiciones iónicas.

Resultados Clave

1. Facies Hidroquímicas y Variabilidad Espacial:

   • Precipitación: Exhibió una baja mineralización (SDT = 28 mg/L), actuando como un extremo de recarga de baja mineralización.
   • Agua Subterránea: Mostró una marcada variabilidad espacial. El tipo dominante fue HCO₃–Ca, controlado por la disolución de carbonatos. Sin embargo, muestras específicas (p. ej., SF25, SF29) mostraron un enriquecimiento concurrente de Na⁺, Cl⁻, SO₄²⁻ y NO₃⁻, lo que sugiere concentración evaporativa localizada y aportes antropogénicos provenientes de la agricultura, la ganadería o aguas residuales domésticas.
   • Agua del Lago: Caracterizada como un tipo transicional HCO₃–Ca–Na. En comparación con el agua de río, el agua del lago mostró un déficit de Ca²⁺ y un enriquecimiento de Na⁺ y Cl⁻, lo que indica concentración por evaporación e intercambio de cationes.
   • Agua de Río: Principalmente de tipo HCO₃–Ca, con valores de SDT intermedios entre la precipitación y el agua del lago.

2. Mecanismos Impulsores:

   • Agua Subterránea: Controlada por la interacción agua-roca (disolución de carbonatos y meteorización de silicatos) con la superposición localizada de la evaporación y los aportes antropogénicos.
   • Agua del Lago: La evolución es impulsada por los efectos acoplados de la concentración por evaporación, la precipitación de carbonatos (que agota el Ca²⁺) y el intercambio de cationes (que enriquece el Na⁺). Los diagramas de Gibbs confirmaron que, si bien la evaporación eleva los SDT, la dilución por aguas subterráneas y la precipitación de carbonatos evitan que el lago alcance un extremo evaporativo extremo.
   • Influencia Antropogénica: Las relaciones iónicas (Cl⁻ frente a NO₃⁻) revelaron un trasfondo regional de Cl⁻ elevado con una acumulación limitada de NO₃⁻, típico del flujo de retorno de la irrigación. No obstante, anomalías específicas indicaron contaminación de fuente puntual proveniente de aguas residuales domésticas y efluentes de la acuicultura.

3. Vías de Transformación del Agua y Desacoplamiento Isotópico:

   • Vía: El estudio elucidó una secuencia de transformación: infiltración de la precipitación → interacción agua-roca en aguas subterráneas someras → concentración por evaporación e intercambio de cationes en el agua del lago → agua de río modificada tanto por el flujo base de aguas subterráneas como por el agua evaporada del lago.
   • Evidencia Isotópica: El agua subterránea se situó a lo largo de la Línea de Agua Meteórica Local (LMWL), indicando recarga meteórica. El agua del lago se desvió significamente a lo largo de una línea de evaporación con un descenso en el exceso de d (d-excess), confirmando una fuerte evaporación superficial.
   • Fenómeno de Desacoplamiento: Un hallazgo crítico es el desacoplamiento entre las respuestas hidroquímicas e isotópicas en el agua de río. Mientras que los isótopos del agua de río (δD, δ¹⁸O) se sitúan a lo largo de la línea de evaporación del agua del lago (indicando una contribución del agua evaporada del lago), su hidroquímica permanece dominada por el tipo HCO₃–Ca característico del flujo base de las aguas subterráneas. Esto sugiere que el agua evaporada del lago contribuye al volumen del río sin alterar significativamente su composición de iones mayores.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores afirman que este estudio proporciona una base científica para comprender la evolución hidrológica de las cuencas y los procesos de transformación del agua en regiones áridas y semiáridas. Al esclarecer la vía de transformación desde la precipitación hacia las aguas subterráneas, el lago y el río, la investigación ofrece un marco conceptual para la gestión sostenible del agua en cuencas endorreicas. Específicamente, la identificación del "desacoplamiento isotópico-hidroquímico" en el agua de río aporta nuevas perspectivas sobre cómo el agua evaporada del lago se integra en los sistemas aguas abajo. Los hallazgos están destinados a apoyar las estrategias de control de la contaminación y la protección de los recursos hídricos en el lago Chagan, ofreciendo además apoyo metodológico para investigaciones similares en entornos de lagos semiáridos.

Limitaciones
El artículo reconoce modestamente varias limitaciones: el muestreo se restringió a la estación húmeda (agosto de 2025), lo que limita la evaluación de la variabilidad estacional; el reducido número de muestras de río (n=3) restringe la caracterización estadística; y la aplicabilidad más amplia del mecanismo de desacoplamiento observado más allá del lago Chagan sigue siendo incierta. Se sugiere para trabajos futuros incluir muestreos multiestacionales, trazadores adicionales (p. ej., ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, δ³⁴S, δ¹⁵N) y modelado hidrológico.