Aquifer geochemistry of crystalline rocks and Quaternary deposits in a high altitude alpine environment (Kauner Valley, Austria)

In the Upper Kauner Valley of the Tyrolean Central Alps in Austria, some of the slopes, consisting of crystalline bedrock covered by Quaternary deposits, host groundwater of remarkable chemical composition. The bedrock consists mainly of a thick paragneiss series with intercalations of orthogneiss and amphibolite belonging to the Ötztal-Stubai Basement Complex. These metamorphic rocks are ubiquitously fractured and the fracture surfaces are coated with Fe-(hydr-)oxides and chlorite but also carbonates. Sul phides occur as dispersed accessory crystals and locally as small ore deposits. During the Quaternary, the valley floor, slopes, and cirques were covered by clastic sediments of differing thicknesses. A striking feature of the valley is that the slopes have been affected by different types of mass movements (rockfalls, debris flows and deep-seated rockslides). Data from extensive (hydro)geological field surveys, tunnels (exploration drift and water conduction galleries) and exploration drillings indicate that the groundwater preferentially flows within zones of highly weathered bedrock (i.e. the saprolite), brittle fault and fracture zones, deep-seated rockslides, and in the conductive Quaternary deposits, i.e. the talus, colluvium, debris flow and alluvial deposits. Interestingly, unusually high amounts of total dissolved solids (>1000 mg / l) were measured in some spring waters. Tritium and δO values indicate short residence times (<5 years) and the analysis of δO and δH data shows that the groundwater is of meteoric origin and that no fractionation or evaporation processes, leading to increased mineralisation, have taken place. Ca and Mg are the dominant cations and SO4 and HCO3 are the major anions present. Data correlation shows that the electric conductivity (EC) of the waters increases with increasing Ca, Mg and SO4 concentration, but not with HCO3. Low δS values indicate that the dissolved sulphate can be attributed to the oxidation of sulphides. Accordingly, the dissolution of carbonate fracture fillings and the oxidation of pyrite and other sulphides are regarded as the main processes responsible for the mineralised groundwater in the study area. Im hinteren Kaunertal der Tiroler Zentralalpen, welches aus metamorphen Gesteinen aufgebaut und durch quartäre Ablagerungen bedeckt wird, tritt Grundwasser von bemerkenswerter chemischer Zusammensetzung auf. Das Festgestein ist Teil des ÖtztalStubai-Komplexes und besteht vorwiegend aus mächtigen Paragneis-Serien mit Einschaltungen aus Orthogneis und Amphibolit. Diese metamorphen Gesteine treten durchgehend geklüftet auf. Die Kluftflächen weisen Fe-(hydr-)oxide und Chlorit sowie Karbonat überzüge auf. Sulfide treten einerseits feinverteilt akzessorisch und andererseits als kleine Erzkörper auf. Im Quartär wurden klastische Sedimente unterschiedlicher Mächtigkeiten im Talboden, auf den Hängen und in hochgelegenen Karen abgelagert. Ein besonderes Merkmal des Tales sind verschiedene Typen von Massenbewegungen (Steinschlag, Muren und tiefgründige Felsgleitungen), die entlang der Hangflanken auftreten. Daten von umfassenden (hydro)geologischen Geländeund Tunnelaufnahmen (Erkundungsstollen und Wasserbeileitungsstollen) zeigen, dass das Grundwasser vorwiegend in stark verwitterten Bereichen des Festgesteins (Saprolit), in spröden Störungsund Zerlegungszonen, in tiefgründigen Massenbewegungen und den durchlässigen quartären Ablagerungen, wie alluvialen Sedimenten, Murschutt, Hangschutt und kolluvialen Schuttkegeln, fließt. Interessanterweise wurden ungewöhnlich hohe Gesamtionenkonzentrationen (>1000 mg / l) in einigen der natürlichen Quellwässer gemessen. Die Tritium und δO Gehalte deuten auf kurze Verweilzeiten (<5 Jahre) hin. δO und δH Daten zeigen, dass das Grundwasser meteorischen Ursprungs ist und keine Fraktionierung oder Evaporation stattgefunden haben, welche die Mineralisation erhöhen würden. Ca und Mg sind die dominierenden Kationen, und SO4 und HCO3 treten als Hauptanionen auf. Eine Korrelation der Daten zeigt, dass die elektrische Leitfähigkeit des Wassers mit zunehmenden Ca, Mg und SO4 Werten, jedoch nicht mit zunehmender HCO3 Konzentration steigt. Niedrige δS Werte weisen darauf hin, dass das gelöste Sulfat aus der Oxidation von Sulfiden stammt. Die Lösung von karbonatischen Kluftfüllungen und die Oxidation von Pyrit und anderen Sulfiden werden somit als Hauptprozesse für die hohe Mineralisation des Grundwassers im Untersuchungsgebiet angesehen. Aquifer geochemistry of crystalline rocks and Quaternary deposits in a high altitude alpine environment (Kauner Valley, Austria)