Lacurile de preerie care dispar și se inundă

Nota: Aceste pagini funcționează cel mai bine dacă se utilizează browserele Firefox sau Safari

Mediul Marilor Câmpii Nordice

Provincia geomorfică Marile Câmpii Nordice (NGP) din vestul Canadei este o regiune vastă din America de Nord care cuprinde peste 350.000 km2. Întinzându-se de la scutul precambrian de lângă Winnipeg, Manitoba, spre vest pe o distanță de peste 1600 km până la poalele Munților Stâncoși, regiunea este inima agricolă a Canadei și, de asemenea, conține cea mai mare parte a populației din vestul Canadei. PNG se caracterizează printr-o topografie plană până la ușor ondulată și cunoaște o climă rece, semi-aridă. Glaciațiunea continentală pleistocenă a dus la o secvență groasă de sedimente glaciare, glaciofluviale și glaciolacustre neconsolidate care acoperă fundamentul sedimentar cretacic și terțiar, în general plat.

Din punctul de vedere al geochimiei lacurilor sărate, cele mai importante două caracteristici fizice ale regiunii sunt raportul ridicat dintre evaporare și precipitații și prezența unor zone mari de drenaj endorheic. Deși temperatura medie anuală de ~3°C ar implica rate de evaporare relativ scăzute, vânturile puternice, umiditatea scăzută și temperaturile calde din timpul verii creează valori ale raportului evaporare/precipitații cuprinse în general între 3 și 10. Deficitul mediu anual de umiditate în această regiune este de aproximativ 350 mm.

Aceste caracteristici climatice, combinate cu drenajul slab integrat, în care aproape 45% din sudul Saskatchewan și estul Alberta este închis din punct de vedere topografic, au ca rezultat un număr mare de lacuri saline cu morfologii și caracteristici geochimice diverse. Spre deosebire de multe alte zone ale lumii în care există o abundență de lacuri sărate (de ex, a se vedea rezumatele din Jones și Bowser, 1978; Jones și Deocampo, 2003), regiunea nordică a Marilor Câmpii este foarte stabilă din punct de vedere tectonic, nu prezintă un relief topografic izbitor și nu există o diversitate litologică dramatică nici a depozitelor glaciare, nici a rocii de bază la scară locală sau regională.

Geochimia lacurilor saline

Natura salină a apelor de suprafață și a depozitelor lacustre asociate din nordul Marilor Câmpii era bine cunoscută de grupurile aborigene locale în momentul expansiunii și colonizării europene în regiune la mijlocul secolului al XIX-lea. Deși primele analize chimice ale apelor lacurilor sărate din această regiune au fost publicate în anii 1890, abia după aproape o jumătate de secol a fost recunoscută întreaga amploare și gradul de diversitate a lacurilor sărate. Timp de peste treizeci de ani după anii 1890, singurele eforturi și date științifice despre aceste lacuri au provenit de la geologii economici interesați de rezervele exploatabile de săruri de nitrat inițial și, mai târziu, de săruri de sodiu și magneziu din lacuri. Într-adevăr, rezultatele unui studiu regional al acestor depozite economice, realizat de guvernul canadian la începutul anilor 1920 (Cole, 1926), este încă unul dintre cele mai bune și mai ample rezumate ale hidrogeochimiei lacurilor sărate.

Deși nu este încă la fel de avansat ca în alte părți ale Americii de Nord, cunoștințele noastre despre chimia apelor de suprafață din Marile Câmpii canadiene au progresat oarecum față de aceste eforturi timpurii de recunoaștere geologică/geochimică. În una dintre primele cercetări limnologice sistematice din regiune, Rawson și Moore (1944) au raportat chimia apei din 53 de lacuri din sudul Saskatchewan. Rutherford (1970) a compilat datele de compoziție pentru câteva sute de lacuri din Saskatchewan (incluzând atât bazine dulci, cât și saline). Hammer (1978) a raportat chimia apei pentru 60 de lacuri saline, în principal perene, din sudul Saskatchewanului. Rezultatele multora dintre aceste lucrări regionale timpurii au fost rezumate de Northcote și Larkin (1963), Hammer (1986) și Last (1989a).
Alte contribuții importante care acoperă zone geografice mai mici din Marile Câmpii includ: Govett (1958) Bierhuizen și Prepas (1985), Derry et al. (2003), și Evans și Prepas (1996) în centrul și estul Alberta; Hartland-Rowe (1966) în sud-estul Alberta; Rozkowski (1967) și Roskowska și Roskowski (1969) în zona Moose Mountain din sudul Saskatchewan; Lieffers și Shay (1983) și Driver și Peden (1977) în centrul Saskatchewan; și Driver (1965) și Barica (1975; 1977) în vestul Manitoba. Mai recent, rapoartele întocmite de Pham et al. (2008; 2009), Kelly și Holmden (2001) și Lemmen și Vance (1999) au inclus date privind chimia apei din ~65 de lacuri sărate din vestul și centrul Saskatchewan.

În prezent, dispunem de date privind chimia saramurii din aproximativ 800 de lacuri sărate din nordul Marilor Câmpii ale Canadei. Deși majoritatea acestor date reprezintă analize ale unor probe unice, unele sunt medii ale numeroaselor probe colectate pe o perioadă de luni, ani sau decenii. În general, lacurile mai mari (de exemplu, lacurile Manitoba, Quill, Manito etc.) au cele mai lungi înregistrări temporale, în unele cazuri datând de la începutul secolului al XX-lea. Cu toate acestea, niciun lac din preeriile canadiene nu are o înregistrare de monitorizare continuă cu o durată mai mare de patru decenii. Dintre lacurile pentru care există date, 10% sunt situate în Manitoba, 72% în Saskatchewan și 18% în Alberta.

Chiar dacă majoritatea lacurilor din Marile Câmpii din vestul Canadei au origini generale similare, cu toate acestea, apele prezintă o diversitate considerabilă în ceea ce privește compoziția și concentrația ionică. Primii cercetători (în principal geologi economici care se concentrau pe cele mai concentrate saramuri saline), au subliniat o puternică predominanță a Na și SO4 în lacuri (de exemplu, Cole, 1926; Tomkins, 1954a, b). Rutherford (1970) și Hammer (1978) au subliniat în mod similar importanța componentelor de sodiu, magneziu și sulfat în lacurile perene din Saskatchewan, dar au recunoscut, de asemenea, un spectru larg de tipuri de apă pe baza rapoartelor ionice. Rutherford (1970) a reușit să relaționeze variația spațială a tipurilor de apă cu gradienții climatici din cadrul provinciei și cu compoziția apelor subterane de mică adâncime.

Acum ne dăm seama că nu numai că există un spectru complet de salinități, de la apă relativ diluată (0,1 ppt TDS) până la saramuri cu mai mult de un ordin de mărime mai mare decât apa de mare, dar, de asemenea, practic fiecare tip de chimie a apei este reprezentat în lacurile din regiune. Deși, în mod evident, este înșelătoare generalizarea prin citarea mediilor și mediilor, apa „medie” a lacurilor are aproximativ 30 ppt TDS și prezintă (în meq%): Na≈Mg>Ca>K și SO4>HCO3>Cl>CO3.

Nu este deloc surprinzător faptul că apele lacurilor din nordul Marilor Câmpii prezintă o gamă atât de considerabilă în ceea ce privește compoziția și concentrația ionică, având în vedere suprafața geografică enormă și variația cadrului hidrologic, geomorfologic și climatic. Cu o gamă atât de largă de salinități, rezultă că și concentrațiile componentelor ionice individuale variază foarte mult. Distribuțiile de frecvență ale concentrațiilor de Mg, Na, Cl și SO4 în apele lacurilor tind să fie multimodale, spre deosebire de ionii de Ca și HCO3, care prezintă un model de distribuție mult mai îngust. Lacurile bogate în sulfat și carbonat domină în mod clar în Marile Câmpii, cuprinzând peste 95% din totalul lacurilor. Această sărăcie de lacuri bogate în Cl face ca regiunea să fie neobișnuită în comparație cu multe alte zone ale lumii (de exemplu, Australia, vestul SUA; Eugster și Hardie, 1978; Williams, 1981). Rapoartele de cationi sunt mult mai diverse, abundența tuturor celor trei tipuri majore prezentând proporții aproximativ subegale.

Cum ar fi de așteptat, majoritatea soluanților din apele lacurilor cresc în concentrație odată cu creșterea salinității totale. Sulfatul, clorura și ionii de sodiu prezintă cele mai semnificative corelații din punct de vedere statistic cu TDS, în timp ce concentrațiile de calciu și carbonat sunt mai puțin direct legate de salinitate.
Proporțiile unora dintre soliți prezintă, de asemenea, o schimbare sistematică cu salinitatea. Sulfatul crește în proporția ionică relativă de la mai puțin de 30% echivalenți în lacurile diluate la, în general, mai mult de 70% în lacurile cu mai mult de 10 ppt TDS. Proporțiile de calciu și bicarbonat + carbonat prezintă o relație inversă cu salinitatea, scăzând de la peste 70% echivalenți în apele diluate la aproape 5% în lacurile cu mai mult de 25 ppt TDS.

Distribuția relativ uniformă a lacurilor din nordul Marilor Câmpii pentru care există date privind chimia apei ne permite să examinăm conținuturile ionice pe o bază spațială. Last și Schweyen (1983) și Last (1988; 1989a) discută aceste tendințe regionale și prezintă hărți izohaline pentru lacurile saline din Saskatchewan, Alberta, Dakota de Nord și Montana. Lacurile cu cele mai mari concentrații de Na, Mg și SO4 se găsesc, în general, în zona central-estică a Alberta, central-vestică și sudică a Saskatchewanului, în timp ce lacurile cu conținuturi ridicate de alcalinitate și Cl se găsesc în centrul Alberta și vestul Saskatchewanului. Lacurile cu proporții relativ scăzute de Ca și Mg apar în părțile nordice și centrale ale câmpiilor.

A Statistical Analysis Approach: Insight Into Water Composition Controlling Factors

Compoziția și concentrația ionilor majori din aceste lacuri este rezultatul: (i) o interacțiune complexă între sedimentele glaciare neconsolidate, roca de bază și precipitațiile/apă topită din bazinul de drenaj, (ii) compoziția și cantitatea de reîncărcare (și descărcare) a apelor subterane și debitul cursurilor de apă din fiecare bazin și (iii) o mare varietate de alte procese fizice, chimice și biologice care operează în cadrul coloanei de apă în sine. În general, au fost adoptate mai multe tipuri de abordări geochimice pentru a ajuta la înțelegerea principalilor factori care controlează chimia apei de suprafață. Acestea includ calcule de bilanț masic, considerații privind echilibrul termodinamic și evaluări statistice (a se vedea prezentarea generală în Drever, 1988). În vestul Canadei, atât calculele de bilanț masic, cât și cele termodinamice s-au dovedit a fi valoroase pentru a descifra multe dintre procesele intrinseci (în cadrul bazinului de drenaj) importante în compoziția apei la scară locală (de exemplu, Roskowski, 1965; Wallick și Krouse, 1977; Wallick, 1981; Last, 1984). În schimb, la scară regională, diverse tehnici statistice au fost aplicate cu succes pentru a ajuta la înțelegerea relațiilor dintre chimia apei și factorii de mediu extrinseci, cum ar fi clima, roca de bază, geomorfologia și compoziția tillului (de exemplu, Dean și Gorham, 1976; Last, 1992; Winter, 1977). Cu toate acestea, acestor abordări statistice le lipsește capacitatea de a rezolva condițiile și procesele locale adesea importante, însă acestea sunt esențiale pentru înțelegerea noastră generală a cadrului geochimic lacustru al regiunii în ansamblu.
Una dintre cele mai directe modalități de a analiza interrelațiile din cadrul unui set de date este de a examina corelațiile liniare simple care există între diverși parametri. Concentrațiile de Na, Ca și Mg în saramura acestor lacuri sunt toate corelate pozitiv în mod semnificativ, la fel ca și SO4 și Cl. În plus, perechile de ioni Mg-SO4, Mg-Cl și Na-Cl au tendința de a covaria puternic. Este important faptul că concentrațiile de Na și SO4 nu prezintă o corelație liniară semnificativă din punct de vedere statistic, ceea ce sugerează că diferite suite de procese afectează abundența fiecăruia dintre acești ioni. Proporțiile de Ca și HCO3 prezintă o covariație pozitivă semnificativă, în timp ce proporțiile de Mg și Na, precum și HCO3 și SO4 sunt invers legate.

Folosind o analiză cluster în modul Q (asociații între lacuri), Last (1992) a subdivizat lacurile în două categorii majore: un grup de lacuri cu salinitate ridicată (> 20 ppt TDS) și un grup caracterizat de valori TDS relativ mai scăzute. Fiecare dintre aceste grupuri majore a fost împărțit în continuare în grupuri mai mici de lacuri, în funcție de compoziția ionilor majori.
Prin combinarea unei varietăți de variabile morfologice (suprafața bazinului, adâncimea maximă), geologice (tipul de rocă fundamentală, adâncimea până la roca fundamentală, tipul de till), hidrologice (suprafața bazinului de drenaj, numărul de cursuri de apă care intră în lac, altitudinea, compoziția apelor subterane) și climatice (precipitații medii anuale, evaporare, temperatură) cu o bază de date privind chimia apei lacurilor, Last (1988, 1992) a folosit analiza factorială în modul R pentru a identifica un set de șapte factori statistici care au explicat peste 90% din variația datelor. Acești factori statistici pot fi interpretați în termeni de cele mai importante controale intrinseci și extrinseci ale compoziției și concentrației apei la nivel regional, după cum urmează: (i) Mai mult de o treime din variația totală a datelor este explicată de compoziția apelor subterane de intrare. (ii) Raportul dintre evaporare și precipitații din bazin a explicat aproximativ 20% din varianță, urmat de (iii) elevația sau poziția lacului în cadrul bazinului de drenaj. Variabilele legate de tipul de rocă de bază, compoziția drifturilor glaciare, aportul fluvial și morfologia lacului sunt mai puțin importante din punct de vedere statistic.

Sursa de săruri

Este în general bine acceptat faptul că apele subterane joacă un rol foarte important nu numai în hidrologia generală a lacurilor saline, ci și în dictarea hidrochimiei acestora. Cu toate acestea, cu câteva excepții notabile (de exemplu, Birks și Remenda, 1999; Freeze, 1969; Kelley și Holmden, 2001; Van der Kamp și Hayashi, 1998; Wallick, 1981), procesele de interacțiune a apelor subterane cu bazinele individuale ale lacurilor sărate din nordul Marilor Câmpii sunt încă puțin cunoscute. În schimb, compoziția, variația și hidrodinamica regională a apei subterane sunt rezonabil de bine cunoscute. Așa cum a fost rezumat în altă parte (a se vedea prezentările generale din Betcher et al. (1995), Brown (1967), Lennox et al. (1988), Pupp et al. (1981), Remenda și Birks (1999), Rutherford (1967)), compoziția apei subterane din regiune este de mai multe tipuri principale. Cea mai mare parte a apelor subterane din depozitele superficiale neconsolidate este de salinitate scăzută până la moderată (3 ioni. În zonele cu cele mai puține precipitații (sud-vestul Saskatchewan și sud-estul Alberta), apele subterane de derivație de mică adâncime sunt de obicei dominate de ionul SO4 mai degrabă decât de HCO3. Acviferele din roca de bază de mică adâncime (roci din Cretacicul superior și roci mai tinere) sunt în principal de sodiu-bicarbonat în sudul Alberta, de calciu-magneziu-sodiu-sulfat în Saskatchewan și de calciu-magneziu-sodiu-bicarbonat în vestul Manitoba. Rocile de bază paleozoice și cenozoice mai profunde conțin apă cu o salinitate mult mai mare (până la 300 ppt TDS) care este de obicei dominată de Na și Cl.

În timp ce există puține dezacorduri cu privire la faptul că apele subterane sunt un factor important în hidrologia lacurilor sărate, originea specifică și sursa finală a ionilor din lacurile din nordul Marilor Câmpii au fost subiecte de discuții considerabile. Unele dintre primele lucrări au sugerat că evaporitele paleozoice adânc îngropate care apar în subsol ar putea fi o posibilă sursă pentru sărurile din lacuri. Grossman (1968) a arătat că există o corelație între apariția depozitelor de sulfat de sodiu în lacurile de suprafață și prezența și tendințele diferitelor unități de sare din Formațiunea Devoniană Prairie din regiune. În schimb, roca de bază cretacică și terțiară de mică adâncime, spre deosebire de secvența paleozoică de adâncime, a fost implicată ca sursă a cel puțin unora dintre componentele dizolvate în lacuri (Cole, 1926; Sahinen, 1948; Wallick și Krouse, 1997).
În cele din urmă, mai degrabă decât să se invoce sursele de rocă de bază, există un sprijin considerabil pentru ca sursa de ioni să fie depozitele cuaternare în care lacurile sunt situate imediat (Kelley și Holmden, 2001; Rozkowski, 1967; Rutherford, 1970). O varietate de reacții fizico-chimice și biochimice, inclusiv schimbul de cationi, dizolvarea feldspaților și precipitarea fazelor authigenice de sulfat, carbonat și silicat în tills pot fi documentate care susțin această ultimă ipoteză. În plus, mulți cercetători (de ex, Freeze, 1969; Last, 1984b; Rueffel, 1968a; Rueffel, 1968b; Witkind, 1952) au subliniat asocierea strânsă a saramurilor lacustre mai saline cu văile preglaciare și glaciare îngropate și au concluzionat că aceste văi îngropate acționează ca niște conducte pentru apele subterane care alimentează lacurile cu materiale dizolvate.

Alte considerații importante

Variația temporală pe termen scurt:

Un factor major care complică caracterizarea chimiei lacurilor sărate din NGP este faptul că multe dintre lacuri prezintă caracteristici de plajă, umplându-se cu apă în timpul primăverii și la începutul verii și uscându-se complet până la sfârșitul verii sau toamna. Last și Ginn (2005) estimează că 85% din lacurile sărate din această regiune sunt influențate de acest tip de ciclu hidrologic sezonier. Această puternică sezonalitate a nivelurilor de apă dă naștere la schimbări dramatice atât în ceea ce privește concentrațiile de ioni, cât și în ceea ce privește proporțiile acestora, după cum au demonstrat numeroase studii. De exemplu, lacul Ceylon, o plajă dominată de sare din sudul Saskatchewan, suferă anual modificări ale concentrației de la aproximativ 30 ppt TDS la mai mult de 300 ppt (Last, 1990). Acest lac prezintă, de asemenea, fluctuații dramatice în raporturile ionice pe bază sezonieră, de la o compoziție de tip Ma-(Mg)-SO4-HCO3 la începutul primăverii la o compoziție Mg-(Na)-Cl-SO4 până în toamnă (Last, 1989b). Hammer (1978, 1986) și Last (1984a) rezumă schimbările temporale pe termen scurt ale salinității și chimiei din alte câteva lacuri saline din regiune. Din nefericire, doar câteva bazine din nordul Marilor Câmpii au fost supuse unei eșantionări detaliate periodice pe o perioadă de ani.

Evoluția salinelor:

Compoziția oricărei saramuri lacustre din bazine închise este determinată în cele din urmă de doi factori principali: (i) soluanții sunt achiziționați de apele de intrare diluate prin procese de alterare și prin precipitații atmosferice, și (ii) evaporarea și concentrarea ulterioară a ionilor duce la precipitarea mineralelor, care afectează și mai mult compoziția finală a saramurii. Această ultimă modificare a compoziției apei lacurilor este denumită evoluția saramurii și a făcut obiectul unui interes științific considerabil (de exemplu, Jones, 1966; Jones și van Denburgh, 1966). Lucrând cu apele naturale din regiunea Sierra Nevada din vestul Statelor Unite, Garrels și McKenzie (1967) au arătat pentru prima dată că precipitațiile minerale, declanșate de concentrația prin evaporare, reprezintă controlul principal al evoluției saramurii. Hardie și Eugster (1970) au generalizat ulterior schema evolutivă și au concluzionat că sunt trei căi principale de evoluție a saramurii care au ca rezultat cinci tipuri dominante de saramură în bazinele lacustre evaporitice.

Deși au existat multe modificări ale schemei evolutive de bază a lui Hardie-Eugster, cea mai importantă contribuție a modelului este cea a diviziunii chimice. O diviziune chimică este un punct din secvența de evoluție a unei saramuri în care precipitarea unui mineral sărăcește apa în anumiți cationi sau anioni, iar evaporarea ulterioară deplasează soluția pe o cale distinctă. Rezultatul acestui proces este că diferențele mici în raporturile ionice din compoziția inițială diluată a lacului sunt amplificate pe măsură ce apa lacului evoluează și produc saramuri de compoziție diferită și diversă.
Din cauza solubilității lor relativ scăzute, carbonații de calciu (calcit, aragonit) sunt de obicei primii care precipită; aceștia cuprind prima diviziune pentru majoritatea saramurilor continentale. Proporțiile de Mg, Ca și HCO3 din soluția mamă diluată determină apoi calea de evaporare ulterioară, iar raportul Mg/Ca determină ce mineral carbonat specific va precipita. Dacă calciul este îmbogățit în raport cu alcalinitatea carbonatului, atunci saramura va urma calea I după ce precipitatul inițial de CaCO3 se împarte. Evaporarea ulterioară a acestui tip de saramură va duce la o a doua diviziune: precipitarea ghipsului. După aceasta, evoluția ulterioară va fi controlată de proporțiile relative de Ca și SO4 (adică căile III și IV).
Dacă, totuși, HCO3 este îmbogățit în comparație cu Ca în soluția diluată de intrare, atunci evoluția saramurii va urma calea II după diviziunea inițială. În această cale, calciul se va epuiza în cele din urmă, lăsând un exces de HCO3, care, la rândul său, se poate combina cu Mg și Na pentru a produce o varietate de evaporite complexe Na-Mg-carbonat-sulfat. O a doua diviziune în această cale de evoluție este cea a sepiolitului . Evoluția ulterioară a saramurii după această diviziune este controlată de concentrațiile relative de Mg2+ față de HCO3-. Dacă concentrația de magneziu este mai mare decât alcalinitatea rămasă, saramura va evolua către un membru final de sulfat sau clorură (V). Dimpotrivă, apa va deveni o saramură de carbonat alcalin (VI) dacă magneziul este mai mic decât alcalinitatea HCO3 după precipitarea sepiolitelor.

În timp ce acest model funcționează bine în teorie și principiile diviziunilor chimice și ale căilor de evoluție sunt valabile, este clar că modelul este o simplificare excesivă a unei serii complexe de procese sedimentare și geochimice. Doar relativ recent am început să înțelegem această complexitate (de exemplu, Drever, 1988; Herczeg et al., 2001; Jones și Deocampo, 2003). De fapt, puține saramuri continentale urmează de fapt oricare dintre căile descrise în acest model. De exemplu, în calea II, silicatul de Mg (sepiolitul) este rar întâlnit ca mineral primar și, prin urmare, nu pare a fi o diviziune rezonabilă. De asemenea, modelul implică faptul că doar un număr relativ mic de tipuri de saramură vor evolua de la un flux de intrare diluat tipic; în mod evident, nu este cazul și există multe tipuri comune de saramură care nu sunt reprezentate. De exemplu, saramura tipică Na-Mg-SO4-HCO3, care este foarte comună în nordul Marilor Câmpii, nu este reprezentată.
Cu toate acestea, datorită spectrului larg de tipuri de chimie a apei prezentate de lacurile din Marile Câmpii, aceste lacuri oferă informații critice pentru a ajuta la o mai bună înțelegere a evoluției sării continentale. Deoarece mineralele de sare răspund din punct de vedere termodinamic și cinetic chiar și la schimbări relativ minore în compoziția saramurii, bazinele din Marile Câmpii care au secvențe relativ groase și continue de evaporite holocene oferă o privire asupra unei serii complexe de secvențe evolutive. Last (1995) a folosit analiza lanțului Markov pentru a identifica patru secvențe generalizate de anioni și cinci secvențe de cationi în evaporitele holocene din câteva zeci de lacuri din Marile Câmpii. Ciclicitatea cea mai frecvent întâlnită printre anioni (care apare în ~50% din lacuri) este: CO3 → CO3-SO4 → SO4. Această secvență de anioni a fost cel mai bine reprezentată în lacul Ceylon din partea central-sudică a Saskatchewanului și a fost astfel denumită tipul Ceylon. Celelalte trei secvențe anionice, care apar mai rar, sunt:
Tipul Alsak (~20%): CO3 → Cl-SO4 → SO4
Tipul Metiskow (~10%): SO4 → CO4 → CO3-SO4 → CO3
Tipul Waldsea (~10%): SO4 → CO3
Secvențele evolutive ale cationilor prezente în cele 24 de lacuri studiate au fost considerabil mai complexe decât secvențele anionice, iar aproximativ 20% din secțiunile stratigrafice nu au prezentat tendințe temporale semnificative din punct de vedere statistic în ceea ce privește compoziția. Cele mai frecvente secvențe de cationi prezente în aproximativ 60% dintre lacuri, sunt de tip Lydden (33%): Ca → Ca-Mg → Na → Na-Mg-Ca și tipul Ingebright (28%): Na-Mg → Ca-Na-Mg → Na-Mg → Nafolosit de:

Tipul Metiskow (~15%): Ca → Na-Mg → Ca-Mg-Na → Na
Tipul Little Manitou (~10%): Ca-Mg → Mg-Na → Mg
Tipul Freefight (~5%): Ca → Mg-Ca → Mg-Na
Din cauza complexității interacțiunii dintre procesele intrinseci (adică procesele sedimentare, geochimice, hidrologice și biologice care operează în bazinul lacului însuși) și procesele extrinseci (adică factorii „externi”, cum ar fi schimbările climatice, modificarea bazinului de drenaj), identificarea mecanismelor cauzale pentru aceste diverse secvențe evolutive nu este simplă. În mod clar, trebuie colectate mult mai multe date cantitative din evaporitele acestor lacuri și ale altor lacuri saline din regiune pentru a explica și a modela în mod corespunzător tendințele de compoziție observate.
Procesele biologice care afectează chimia lacurilor sărate: În general, procesele biologice din lacurile sărate din vestul Canadei sunt similare cu cele din apele dulci stătătoare, în pofida extremelor lor fizice și chimice. Cu toate acestea, biota diferă semnificativ între lacurile dulci și cele sărate (Hammer, 1986). La salinități scăzute, compoziția speciilor din lacurile sărate este comparabilă cu cea a omologilor lor de apă dulce (Evans, 1993). Pe măsură ce salinitatea crește, diversitatea speciilor scade (Haynes și Hammer, 1978), iar pe măsură ce salinitatea atinge valori extrem de ridicate, diversitatea speciilor devine foarte scăzută. La aceste salinități ridicate, lacul este de obicei dominat doar de organisme halotolerante.
Lacurile saline și hipersaline au unele dintre cele mai mari rate măsurate de productivitate organică din lume (Warren, 1986). La salinități moderate sau ridicate (30-100 ppt TDS), principalii contribuitori la această biomasă sunt algele verzi și cianobacteriile. La salinități mai ridicate, bacteriile halofile domină ecosistemul.
Multe procese biologice pot afecta chimia lacurilor saline. De exemplu, fotosinteza realizată de plantele acvatice, amonificarea, denitrificarea, reducerea sulfatului și oxidarea anaerobă a sulfurilor determină o creștere a pH-ului, deoarece dioxidul de carbon este utilizat de floră, și o creștere a concentrației de HCO3. Descompunerea organismelor, la rândul său, poate duce la o eliberare de ioni precum Mg și Ca, precum și la niveluri ridicate de HCO3, creând condiții favorabile pentru precipitarea carbonaților (Castanier, 1999; Riding, 2000; Visscher et al., 1992).
Organismele care se pot dezvolta la salinități ridicate într-un lac salin sunt foarte restrânse. Viața la concentrații mari de sare necesită o energie considerabilă pentru a menține gradientul ionic abrupt de-a lungul membranei necesar pentru osmoreglare (Orhen, 2002). Tipul specific de metabolism determină, de asemenea, limita concentrației de sare pe care un organism o poate suporta. Astfel, în majoritatea mediilor lacustre saline, pe măsură ce salinitatea crește, diversitatea organismelor scade.

Compoziția ionică afectează, de asemenea, diversitatea speciilor. Clorura, bicarbonatul și sulfatul sunt cele mai importante în controlul compoziției speciilor din lacurile sărate (Herbst, 2001). Creșterea izbitoare a proporției de SO4 odată cu creșterea salinității în lacurile din nordul Marilor Câmpii înseamnă că bacteriile reducătoare de sulfat (SRB) sunt un taxon dominant. Reducerea sulfatului de către SRB duce la producerea de ioni de bicarbonat și, prin urmare, la generarea de alcalinitate conform: SO42- + 2CH2O → HS- + 2HCO3-, unde 2CH2O reprezintă materia organică. Efectele directe pe care SRB le are asupra mediului (de ex, reducerea sulfatului și producerea de H2S și alcalinitate) pot, la rândul lor, să afecteze direct solubilitatea și precipitarea/dizolvarea unei mari varietăți de minerale, inclusiv carbonați, silicați, oxizi, sulfuri și multe evaporite Astfel, reducerea bacteriană a sulfatului este un proces de mineralizare important în sistemele saline și hipersaline din vestul Canadei.
Când produsul final al reducerii sulfatului, S2-, este produs, soarta sulfurii este esențială pentru a determina dacă anumite minerale vor precipita sau nu (Castanier, 1999). În cazul în care sulfura generată degazează, procesul de reducere a sulfatului va duce la o creștere a pH-ului în mediul apos, încurajând astfel precipitarea mineralelor carbonatice. În mod similar, dacă sulfura este absorbită de microbii care oxidează sulfurile, pH-ul va crește și el, iar carbonatul va precipita. În schimb, dacă sulfura este oxidată înapoi în sulfat în mediul apos, se poate forma un acid puternic, H2SO4, ceea ce scade pH-ul și descurajează precipitarea carbonatului. În cele din urmă, dacă sulfura rămâne în mediu, pH-ul va scădea și niciun carbonat nu va precipita.
Rolul acestor organisme în ecosistemele lacurilor saline din nordul Marilor Câmpii sunt domenii critice de investigare, în special în ceea ce privește rolul lor potențial important în formarea și diageneza mineralelor de carbonat. O mai bună înțelegere a proceselor de biomineralizare din aceste lacuri oferă o perspectivă importantă asupra evoluției sistemelor de saramură și va permite dezvoltarea unor proxies critice pentru schimbările în condițiile de mediu. Mai mult, aceste procese de biomineralizare ne vor ajuta să înțelegem mai bine ce trebuie să căutăm în căutarea vieții în mediile extraterestre.

• Barica, J., 1975. Geochimia și regimul nutritiv al lacurilor eutrofice saline din districtul Erickson-Elphinstone din sud-vestul provinciei Manitoba. Canadian Fisheries and Marine Services Research Development Technical Report 511.
• Barica, J., 1977. Variabilitatea compoziției ionice și a biomasei fitoplanctonice a lacurilor saline eutrofe din preerie în cadrul unei zone geografice mici. Archiv Fur Hydrobiologie, 81(3): 304-326.
• Batt, B.D., Anderson, M.G., Anderson, C.D. și Caswell, F.D., 1989. Utilizarea gropilor din preerie de către rațele nord-americane. Northern Prairie Wetlands: 204 – 227.
• Betcher, R., Grove, G. și Pupp, C., 1995. Groundwater in Manitoba: Hydrogeology, Quality Concerns, Management. Contribuția Institutului Național de Cercetări Hidrologice nr. CS-93017.
• Bierhuizen, J.F.H. și Prepas, E.E., 1985. Relationship between Nutrients, Dominant Ions, and Phytoplankton Standing Crop in Prairie Saline Lakes. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 42(10): 1588-1594.
• Birks, S.J. și Remenda, V.H., 1999. Intrările de apă subterană într-un lac salin cu bazin închis, Chappice Lake, Alberta. Holocene Climate and Environmental Changes in the Palliser Triangle, Southern Canadian Prairies: Geological Survey of Canada Bulletin 534: 23 – 55.
• Brown, I.C., 1967. Apele subterane din Canada. Raport de geologie economică numărul 24, 228 pp.
• Cameron, D.R., 1986. Apele saline: utilizări agricole. Evaluarea apelor saline într-un mediu de câmpie. Canadian Plains Proceedings, 17: 75 – 100.
• Carpenter, 1978. Originea și evoluția chimică a saramurilor din bazinele sedimentare. Oklahoma Geological Survey Circular 79: 60-77.
• Castanier, S., 1999. Precipitarea carbonaților de Ca și geneza calcarelor – punctul de vedere al microbiogeologului. Sedimentary Geology, 126(1): 9-23.
• Cole, L.H., 1926. Sulfatul de sodiu din vestul Canadei. Ocurență, utilizări și tehnologie. Numărul de publicație al Departamentului canadian al Minelor 646, 155 pp.
• Conly, F. și van der Kamp, G., 2001. Monitorizarea hidrologiei zonelor umede din preeria canadiană pentru a detecta efectele schimbărilor climatice și ale modificărilor în utilizarea terenurilor. Monitorizarea și evaluarea mediului, 67(1): 195-215.
• Dean, W.E. și Gorham, E., 1976. Componentele chimice și minerale majore ale sedimentelor de suprafață profunde n lacurile din Minnesota. Limnol Ocean, 21: 259 – 284.
• Derry, A.M., Prepas, E.E. și Hebert, P.D.N., 2003. A comparison of zooplankton communities in saline lakewater with variable anion composition. Hydrobiologia, 505(1-3): 199-215.
• Desai, K. și Moore, E.J., 1969. Determinarea echivalentă a NaCl din concentrațiile ionice. Log Analyst, 10: 12-21.
• Drever, J.I., 1988. The Geochemistry of Natural Waters (Geochimia apelor naturale). Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 437 pp.
• Driver, 1965. Aspecte limnologice ale unor lacuri saline din partea central-vestică a provinciei Manitoba. Journal of Fisheries Research Board of Canada, 22: 1165-1173.
• Driver, E.A. și Pedden, D.G., 1977. Chimia apei de suprafață în iazurile din preerie. Hydrobiologia, 53: 33 – 48.
• Eugster, H.P. și Hardie, L.A., 1978. Lacuri saline, Lacuri, Chimie, Geologie, Fizică. Springer, New York, New York, pp. 237-293.
• Evans, J., 1993. Studii paleolimnologice ale lacurilor saline. Journal of Paleolimnology, 8(2): 97-101.
• Evans, J. și Prepas, 1996. Efectele potențiale ale schimbărilor climatice asupra chimiei ionilor și a comunităților de fitoplancton în lacurile saline din preerie. Limnologie și oceanografie: 1063-1076.
• Freeze, R.A., 1969. Fluxul regional al apelor subterane – bazinul hidrografic Old Wives Lake, Saskatchewan. Seria științifică nr. 5. Canadian Inland Waters Directorate, Burlington, Ontario, 234 pp.
• Garrels, R.M. și Mackenzie, F.T., 1967. Originea compozițiilor chimice ale unor izvoare și lacuri. Concepte de echilibru în sistemele naturale de apă. Am. Chem. Soc. Adv. Chem. Ser, 67: 222-242.
• Govett, G.J.S., 1958. Zăcăminte de sulfat de sodiu în Alberta. Alberta Research Council Preliminary Report 58-5.
• Grossman, I.G., 1968. Originea depozitelor de sulfat de sodiu din marile câmpii nordice ale Canadei și Statelor Unite. United States Geological Survey Professional Paper 600-B, 104-109 pp.
• Hammer, U.T., 1978. Lacurile saline din Saskatchewan .3. Caracterizare chimică. Internationale Revue der Gesamten Hydrobiologie, 63(3): 311-335.
• Hammer, U.T., 1986. Saline Lake Ecosystems of the World. Dr. W. Junk Publishers Dordrecht, Olanda 616 pp.
• Hardie, L.A. și Eugster, H.P., 1970. Evoluția salinelor cu bazin închis. Mineral. Soc. Am. Spec. Publ, 3: 273-290.
• Harrington, R., Johnson, B. și Hunter, F., 1997. Responding to Global Climate Change in the Prairies (Răspunsul la schimbările climatice globale în prerii), volumul III al studiului de țară din Canada: Climate Impacts and Adaptation. Environment Canada, Prairie and Northern Region.
• Hartland-Rowe, R., 1966. Fauna și ecologia bălților temporare din vestul Canadei. Verh. Internat. Verein. Limnol. 16: 577-584.
• Haynes, R.C. și Hammer, U.T., 1978. Saline Lakes of Saskatchewan .4. Primary Production by Phytoplankton in Selected Saline Ecosystems. Internationale Revue der Gesamten Hydrobiologie, 63(3): 337-351.
• Herbst, D.B., 2001. Gradientele de stres de salinitate, stabilitatea mediului și chimia apei ca templu pentru definirea tipurilor de habitate și a strategiilor fiziologice în apele sărate interioare. Hydrobiologia, 466: 209 – 219.
• Herczeg, A.L., Dogramaci, S.S. și Leaney, F.W.J., 2001. Originea sărurilor dizolvate într-un sistem mare de ape subterane semi-aride: Murray Basin, Australia. Marine & Freshwater Research, 52(1): 41-52.
• Jones, B.F., 1966. Evoluția geochimică a apei din bazinul închis din vestul Marelui Bazin. în Proceedings of the Second Symposium on Salt. Northern Ohio Geological Society, pp. 181-200.
• Jones, B.F. și Bowser, C.J., 1978. The mineralogy and related chemistry of lake sediments. Lakes: Chemistry, Geology, Physics. Springer-Verlag, New York, 323: 179-235.
• Jones, B.F. și Deocampo, D.M., 2003. Capitolul 13: Geochemistry of Saline Lakes (Geochimia lacurilor saline). În: În: În: Canada: J.I. Drever (Editor), Treatise on Geochemistry (Tratat de geochimie). Elsevier Scientific Publishers.
• Jones, B.F. și van Denburgh, A.S., 1966. Influențe geochimice asupra caracterului chimic al lacurilor închise. Simpozionul de la Garda, Hydrology of Lakes and Reservoirs, Proceedings of the International Association for Scientific Hydrology, Publicația 70: 438 – 446.
• Kelley, L. și Holmden, C., 2001. Reconnaissance hydrogeochemistry of economic deposits of sodium sulfate (mirabilite) in saline lakes, Saskatchewan, Canada. Hydrobiologia, 466(1): 279-289.
• Last, W.M., 1984a. Sedimentologia și hidrologia modernă a lacului Manitoba, Canada. Geologia mediului, 5(4): 177-190.
• Last, W.M., 1984b. Sedimentology of playa lakes of the northern Great Plains. Canadian Journal of Earth Sciences, 21(1): 107-125.
• Last, W.M., 1988. Salt lakes of western Canada: a spatial and temporal geochemical perspective. Proceedings of Symposium on Water Management Affecting the Wet-to-Dry Transition: 99-113.
• Last, W.M., 1989a. Saramuri și evaporite continentale din nordul Marilor Câmpii din Canada. Sedimentary Geology, 64: 207-221.
• Last, W.M., 1989b. Sedimentologia unei playa saline din nordul Marilor Câmpii, Canada. Sedimentology, 36(1): 109-123.
• Last, W.M., 1990. Paleochimia și paleohidrologia lacului Ceylon, un bazin playa dominat de sare în nordul Marilor Câmpii, Canada. Journal of Paleolimnology, 4(3): 219-238.
• Last, W.M., 1992. Compoziția chimică a lacurilor saline și subsaline din nordul Marilor Câmpii, vestul Canadei. Jurnalul internațional de cercetare a lacurilor sărate, 1: 47 – 76.
• Last, W.M., 1994. Paleohydrology of playas in the northern Great Plains: perspectives from Palliser’s Triangle. Paleoclimate and Basin Evolution of Playa Systems. Geological Society of America, Special Paper 289: 69 – 80.
• Last, W.M., 1995. Evoluția lacurilor saline din vestul Canadei. În: In: I.D. Campbell, C. Campbell, D. Lemmen și B. Vance (Editori), Climate, Landscape, and Vegetation Change in the Canadian Prairie Provinces, Edmonton, pp. 55-64.
• Last, W.M. și Ginn, F.M., 2005. Saline systems of the Great Plains of western Canada: an overview of the limnogeology and paleolimnology. Saline Systems, 1(1): 10.
• Last, W.M. și Schweyen, T.H., 1983. Sedimentologia și geochimia lacurilor saline din nordul Marilor Câmpii. Hydrobiologia, 105: 245-263.
• Last, W.M. și Slezak, L.A., 1987. Depozitele de sulfat de sodiu din vestul Canadei. Minerale economice din Saskatchewan. Publicație specială a Societății Geologice din Saskatchewan, 8: 197 – 205.
• Lemmen, D.S. și Vance, R.E., 1999. Holocenul schimbărilor climatice și de mediu în Triunghiul Palliser, Southern Canadian Prairies. Geological Survey of Canada Bulletin 534. Geological Survey of Canada Bulletin 534, 295 pp.
• Lennox, D.H., Maathuis, H. și Pederson, D., 1988. Regiunea 13, Western glaciated plains. The Geology of North America, volumul O-2, Hydrogeology.
• Lieffers, V.J. și Shay, J.M., 1983. Ephemeral Saline Lakes on the Canadian Prairies – Their Classification and Management for Emergent Macrophyte Growth. Hydrobiologia, 105(SEP): 85-94.
• Northcote, T.G. și Larkin, P.A., 1963. Capitolul 16: Western Canada. In: D.G. Frey (Editor), Limnology in North America. University of Wisconsin Press, Madison, Wisconson, pp. 451-485.
• Orhen, A., 2002. Halophilic Microorganisms and Their Environments. Kluwer, Dordrecht, 575 pp.
• Palliser, J., 1862. Jurnale, rapoarte detaliate și observații referitoare la explorarea de către căpitanul Palliser a unei porțiuni din America de Nord britanică, Londra, 325 pp.
• Pham, S.V., Leavitt, P.R., McGowan, S. și Peres-Neto, P., 2008. Variabilitatea spațială a efectelor climei și a utilizării terenurilor asupra lacurilor din nordul Marilor Câmpii. Limnology And Oceanography, 53(2): 728-742.
• Pham, S.V., Leavitt, P.R., McGowan, S., Wissel, B. și Wassenaar, L., 2009. Variabilitatea spațială și temporală a hidrologiei lacurilor din preerie, așa cum reiese din utilizarea izotopilor stabili ai hidrogenului și oxigenului. Limnol. Oceanogr, 54(1): 101-118.
• Pupp, C., Maathuis, H. și Grove, G., 1981. Groundwater Quality in Saskatchewan: Hydrogeology, Quality Concerns, Management. Contribuția Institutului Național de Cercetări Hidrologice nr. CS-91028.
• Rawson, D.S. și Moore, G.E., 1944. The saline lakes of Saskatchewan. Canadian Journal of Research (Seria D), 22: 141 – 201.
• Remenda, V.H. și Birks, S.J., 1999. Apele subterane din Triunghiul Palliser: o privire de ansamblu asupra vulnerabilității și potențialului său de arhivare a informațiilor climatice. Holocenul schimbărilor climatice și de mediu în Triunghiul Palliser, sudul preriilor canadiene: Geological Survey of Canada Bulletin 534: 23 – 55.
• Riding, R., 2000. Microbial carbonates: the geological record of calcified bacterial-algal mats and biofilms. Sedimentology, 47(s 1): 179-214.
• Rozkowska, A.D. și Roskowski, A., 1969. Modificări sezoniere ale chimiei apei din iazuri și lacuri în sudul Saskatchewan, Canada. Journal of Hydrology, 7: 1 – 13.
• Rozkowski, A., 1967. Originea modelelor hidrochimice în morena hummocky. Canadian Journal of Earth Sciences, 4: 1065 – 1092.
• Rueffel, P.G., 1968a. Dezvoltarea celui mai mare zăcământ de sulfat de sodiu din Canada. Canadian Mining and Metallurgical Bulletin, 61: 1217-1228.
• Rueffel, P.G., 1968b. Natural sodium sulfate in North America, Al treilea simpozion pe sare, Northern Ohio Geological Society, pp. 429-451.
• Rutherford, A.A., 1967. Water Quality Survey of Saskatchewan Groundwaters. Saskatoon: Saskatchewan Research Council, Raport C-66-1, 267 pp.
• Rutherford, A.A., 1970. Studiul calității apei din apele de suprafață din Saskatchewan, C-66-1. Saskatchewan Research Council, Saskatoon, Saskatoon, 133 pp.
• Sahinen, U.M., 1948. Raport preliminar asupra sulfatului de sodiu în Montana. Raport al Biroului de Mine și Geologie, Montana School of Mines, 9 pp.
• Scott, M.D. și Scott, S.A., 1986. Managementul lacurilor saline pentru resursele de păsări acvatice din vestul Americii de Nord: o analiză a conceptelor. Evaluating Saline Waters in a Plains Environment (Evaluarea apelor saline într-un mediu de câmpie). Canadian Plains Proceedings, 17: 23 – 38.
• Sorenson, L.G., Goldberg, R., Root, T.L. și Anderson, M.G., 1998. Efectele potențiale ale încălzirii globale asupra populațiilor de păsări de apă care se reproduc în nordul Marilor Câmpii. Climatic Change, 40(2): 343-369.
• Tomkins, R.V., 1954a. Magneziul în Saskatchewan. Saskatchewan Department of Mineral Resources Report No 11, 23 pp.
• Tomkins, R.V., 1954b. Sulfatul de sodiu natural în Saskatchewan. Saskatchewan Department of Mineral Resources Report No 6, 71 pp.
• Van der Kamp, G. și Hayashi, M., 1998. Funcția de reîncărcare a apelor subterane a zonelor umede mici din preriile nordice semi-aride. Great Plains Research, 8(1): 39-56.
• Visscher, P.T., Prins, R.A. și van Gemerden, H., 1992. Ratele de reducere a sulfatului și de consum de tiosulfat într-un covor microbian marin. FEMS Microbiol. Ecol, 86: 283-294.
• Wallick, E.I., 1981. Evoluția chimică a apelor subterane într-un bazin de drenaj de vârstă holocenă, în partea central-estică a provinciei Alberta, Canada. Journal of Hydrology, 54: 245 – 283.
• Wallick, E.I. și Krouse, H.R., 1997. Geochimia izotopilor de sulf a unui depozit de Na2SO4/Na2CO3 generat de apele subterane și a bazinului de drenaj asociat al lacului Horseshoe, Metiskow, estul centrului Alberta, Canada. Strasbourg, Franța: Al doilea simpozion internațional privind interacțiunea apă-rocă: II56 – II64.
• Warren, J.K., 1986. Potențialul rocilor-sursă din mediile evaporitice cu apă de mică adâncime. American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 70(5): 442-454.
• Williams, W., 1981. Inland Salt Lakes – an Introduction. Hydrobiologia, 81(2): 1-14.
• Williams, W.D., 1967. The chemical characteristics of lentic surface waters in Australia. In: A.H. Weatherley (Editor), Australian Inland Waters and Their Fauna. The Australian National University Press, Canberra, Canberra, pp. 18-77.
• Williams, W.D. și Sherwood, J.E., 1994. Definirea și măsurarea salinității în lacurile sărate. International Journal of Salt Lake Research, 3: 53 – 63.
• Winter, T.C., 1977. Clasificarea cadrului hidrologic al lacurilor din partea central-nordică a Statelor Unite. Water Resources Res, 13: 753 – 767.
• Witkind, I.J., 1952. Localizarea depozitelor de sulfat de sodiu din nord-estul Montana și nord-vestul Dakota de Nord. American Journal of Science, 250: 667-676.