Tracking the water fingerprints of Cocos Island: a stable isotope analysis of precipitation, surface water, and groundwater

 

Authors
Corrales, José L.; Sánchez-Murillo, Ricardo; Esquivel-Hernández, Germain; Herrera, Esteban; Boll, Jan
Format
Article
Status
publishedVersion
Description

The use of stable isotopes of water, both δ2H and δ18O has provided novel insights in hydrological studies, ecological applications, understanding climate variability, and reconstructing paleoclimate. However, information on the stable isotope composition of water in tropical marine island environments is normally scarce within the Central America Isthmus. Here, we present the first isotopic characterization of precipitation, surface water, and groundwater at Cocos Island, Costa Rica within the eastern tropical Pacific Ocean region. Our results show that the Cocos Island MWL can be described as: δ2H=8.39·δ18O+13.3; r2=0.98 (n=29). Dry season rainfall events ranged from -4.9 ‰ δ18O up to -2.4 ‰ δ18O with a mean d-excess of 13.2 ‰. By the beginning of May, the Intertropical Convergence Zone reaches Costa Rica resulting in a notable depletion in isotope ratios (up to -10.4 ‰ δ18O and -76.2 ‰ δ2H). During the wet season, δ18O composition averaged -6.1 ‰ δ18O and -38.5 ‰ δ2H with a mean d-excess of 9.9 ‰. HYSPLIT air mass back trajectories indicate a strong influence on the origin of precipitation of two main moisture transport mechanisms, the northeasterly (January-May) and southwesterly (May-November) trade winds. Small seasonal variations were observed in the isotopic composition of surface water throughout the year with mean values ranging from -3.9 ‰ δ18O (dry season, n=19) up to -4.8 ‰ δ18O (wet season, n=13). Groundwater samples exhibited a similar trend with more depleted composition during the wet season (-5.2 ‰ δ18O and -29.8 ‰ δ2H). Overall, the marine isotopic composition measured in meteoric water at Cocos Island serves to better delineate the isotopic contribution of Pacific moisture towards the Central America Isthmus. It also provides a valuable isotopic reference to discriminate from orographic distillation and Caribbean enriched rainfall inputs in continental studies. 
El uso de isótopos estables, δ2H y δ18O, ha generado novedoso conocimiento en estudios hidrológicos, aplicaciones ecológicas, variabilidad climática y en la reconstrucción de registros paleo-climáticos. Sin embargo, información sobre la composición isotópica en ambientes marinos tropicales es generalmente muy escasa en la región del istmo centroamericano. Este estudio presenta la primera caracterización isotópica en precipitación, aguas superficiales y subterráneas en la Isla del Coco, Costa Rica, en la región del Océano Pacífico Oriental. La línea meteórica de la Isla del Coco es definida como: δ2H=8.39·δ18O+13.3; r2=0.98 (n=29). Los eventos de precipitación en la época seca oscilan desde -4.9 ‰ δ18O hasta -2.4 ‰ δ18O con un promedio de exceso de deuterio de 13.2 ‰. Al inicio de Mayo, la Zona de Convergencia Intertropical se sitúa sobre Costa Rica resultando en un notable empobrecimiento de la composición isotópica (hasta -10.4 ‰ δ18O y -76.2 ‰ δ2H). Durante la época lluviosa, la composición de δ18O promedia -6.1 ‰ δ18O y -38.5 ‰ δ2H con un exceso de deuterio promedio de 9.9 ‰. Las trayectorias de masas de aire del modelo HYSPLIT indican una fuerte influencia en el origen de la precipitación de dos principales mecanismos de transporte de humedad: vientos alisios (Enero-Mayo) y viento del suroeste (Mayo-Noviembre). Mínima variación fue observada en la composición isotópica de aguas superficiales durante el año con valores promedios desde -3.9 ‰ δ18O (época seca, n=19) hasta -4.8 ‰ δ18O (época lluviosa, n=13). Las muestras de agua subterránea presentaron una tendencia similar con valores más empobrecidos durante la época lluviosa (-5.2 ‰ δ18O y -29.8 ‰ δ2H). En general, la composición isotópica en el ambiente marino de la Isla del Coco en aguas meteóricas es útil para delinear la contribución de humedad proveniente del Océano Pacífico Oriental hacia el istmo centroamericano. Asimismo, provee una valiosa referencia isotópica en la separación de los efectos de la destilación orográfica y el aporte de humedad enriquecida del Mar Caribe en estudios continentales.

Publication Year
2016
Language
eng
Topic
Cocos Island
Eastern Tropical Pacific ocean
Intertropical Convergence Zone
stable isotope composition
HYSPLIT trajectories.
Isla del Coco
Océano Pacífico Oriental
Zona de Convergencia Intertropical
isótopos estables
trayectorias HYSPLIT.
Fuente
Portal de Revistas UCR
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https://revistas.ucr.ac.cr/index.php/rbt/article/view/23420
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