Earth Sciences Research Journal

Reference crust-mantle density contrast beneath Antarctica based on the Vening Meinesz-Moritz isostatic inverse problem and CRUST2.0 seismic model

The crust-mantle (Moho) density contrast beneath Antarctica was estimated based on solving the Vening Meinesz-Moritz isostatic problem and using constraining information from a seismic global crustal model (CRUST2.0). The solution was found by applying a least-squares adjustment by elements method. Global geopotential model (GOCO02S), global topographic/bathymetric model (DTM2006.0), ice-thickness data for Antarctica (assembled by the BEDMAP project) and global crustal model (CRUST2.0) were used for computing isostatic gravity anomalies. Since CRUST2.0 data for crustal structures under Antarctica are not accurate (due to a lack of seismic data in this part of the world), Moho density contrast was determined relative to a reference homogenous crustal model having 2,670 kg/m³ constant density. Estimated values of Moho density contrast were between 160 and 682 kg/m³. The spatial distribution of Moho density contrast resembled major features of the Antarctic’s continental and surrounding oceanic tectonic plate configuration; maxima exceeding 500 kg/m³ were found throughout the central part of East Antarctica, with an extension beneath the Transantarctic mountain range. Moho density contrast in West Antarctica decreased to 400-500 kg/m³, except for local maxima up to ≈ 550 kg/m³ in the central Antarctic Peninsula.

El contraste de densidad de la discontinuidad de Mohorovicic (Moho) debajo de la Antártida fue estimado con base en la solución del problema isostático Vening Meinesz-Moritz y a partir de datos obtenidos con el modelo sísmico de la corteza global (CRUST2.0). La solución se encontró a través de un ajuste al método de mínimos cuadrados por el método de elementos. El modelo geopotencial global (GOCO02S), el modelo topográfico/batimétrico (DTM2006.0), los datos de espesor del hielo para la Antártida (reunidos por el proyecto BEDMAP) y el modelo sísmico de corteza global (CRUST2.0) fueron utilizados para calcular las anomalías gravitatorias isostáticas. Ya que los datos de CRUST2.0 para las estructuras de la corteza en la Antártida no son exactos (debido a la falta de información sísmica para esta parte del planeta), el contraste de densidad de la Discontinuidad de Mohorovicic fue determinado a partir de un modelo de corteza homogéneo que tiene una densidad constante de 2,670 kg/m³. Los valores estimados del contraste de densidad de la Moho se encontraron entre 160 y 682kg/m³. La distribución espacial del contraste de densidad de la Moho exhibe mayores rasgos en la configuración de la plancha tectónica de la Antártida continental y su alrededor oceánico. El valor máximo encontrado excede los 500 kg/m³ y se ubica en la parte Este continental, con extensión en las Montañas Transantárticas. El contraste de densidad de la Moho (zona de transición entre la corteza y el manto terrestre) en el Oeste de la Antártida osciló entre 400-500 kg/m³, excepto para la máxima local de ≈ 550 kg/m³, en el centro de la Península Antártida.

Software engineering's contribution to earthquake engineering

Earthquakes are natural disasters regularly affecting Mexico. It is very important that all information about them is quickly obtained to speed up attention being provided for the affected population and, if possible, applying preventative action. Computer and specialised software are currently used for obtaining essential knowledge concerning seismic events. 22 software applications for seismic analysis have been examined in this study to define predominant characteristics, strengths and limitations, to determine the current status of this particular field and suggest lines for the advance for new developments or prototypes. This country's existing technological dependency is clearly shown (hardware and software). Academic cooperation between different branches of engineering should thus be encouraged for creating new domestic products.

México es un país generalmente afectado por terremotos. Es muy importante que toda la información acerca de este tipo de desastres naturales sea obtenida rápidamente para acelerar la atención y si es posible implementar acciones preventivas. A través de programas computacionales especializados se reúnen datos esenciales sobre eventos sísmicos. En total, en este estudio se examinaron 22 aplicaciones de software para análisis sísmicos que permiten definir las características predominantes, sus fortalezas y limitaciones, al tiempo que se determina el estado actual del campo y se sugieren líneas de avance para nuevos desarrollos o prototipos. Además, se expone la dependencia del país en materia tecnológica (software y hardware). La cooperación académica entre diferentes ramas de la ingeniería podría entonces motivar la creación de nuevos productos domésticos.

Human health risk due to trace element contamination in groundwater from the Anjani and Jhiri river catchment area in northern Maharashtra, India

The present study was aimed at assessing ground water chemistry, with reference to drinking water quality; the Anjani and Jhiri river catchment area in the Jalgaon district, northern Maharashtra, India, was selected. Ten ground water samples were collected from different locations in two urban areas (Daharangaon and Erandol) and some samples from rural water supply wells during the pre-monsoon 2011 and post-monsoon 2011 seasons. Trace elements were analysed from collected groundwater samples using standard techniques. The ground water pollution observed at some study area sites was mainly due to waste disposal and agricultural activities and vehicles burning fossil fuel. The present investigation was based on the occurrence of trace elements such as Fe, Zn, Cu, Ni, Mn, Pb and Cd in groundwater samples, concentration ranging from 0 to 0.096 ppm, 0.066 to 0.427 ppm, 0 to 0.012, 0.026 to 0.361 ppm, 0 to 0.160 ppm, 0.968 to 1.516 ppm and 0 to 1.064 ppm, respectively. The analysis of ground water chemistry and results were compared to BIS drinking water standards. The concentration of lead, cadmium and nickel exceeded the maximum permissible limit, as per BIS drinking water standards.

El presente estudio está enfocado en una evaluación química con referencia a los estándares de calidad del agua potable. Para su ejecución se seleccionó la zona de captación de los ríos Anjani y Jhiri, en el distrito Jalgaon, en Maharashtra, al norte de la India. Se recolectaron diez muestras de agua en diferentes locaciones de dos áreas urbanas (Daharangaon y Erandol) y algunas muestras en pozos de zonas rurales antes y después de la temporada monsónica de 2011. Los elementos Traza fueron analizados en las muestras con técnicas estandarizadas. La contaminación de las aguas subterráneas en algunas zonas de estudio se debe, principalmente, a la disposición de aguas residuales, a la actividad agrícola y al residuo generado por motores que trabajan con combustibles fósiles. La presente investigación se basó en la presencia de elementos Traza como Fe, Zn, Cu, Ni, Mn, Pb y Cd en los ejemplos hechos y que se concentran en rangos de 0 a 0.096 ppm; de 0.066 a 0.427 ppm; de 0 a 0.012 ppm; de 0.026 a 0.361 ppm; de 0 a 0.160 ppm; de 0.968 a 1.516 ppm, y de 0 a 1.064 ppm. El análisis químico de las aguas subterráneas y los resultados fueron comparados a los estándares de agua potable de BIS. Las concentraciones de cadmio y níquel, sobre todo, exceden el límite permitido por BIS.

Applying DC resistivity imaging to investigating the relationship between water quality and transpiration beneath circular islands in the Okavango Delta, Botswana: a case study of Thata Island

An electrical resistivity survey was carried out on Thata Island, one of the numerous circular islands in the Okavango Delta, to investigate the mechanism governing interactions between surface water, vegetation and groundwater. Seven data profiles were collected across the island and modelling results indicated that the centre of the island had low resistivity values (less than 10 ohm-m), while resistivity values increased laterally outside the island. Such lateral resistivity zoning responded to variation in shallow groundwater chemistry below the islands having a high concentration of solutes inside and the presence of fresh water outside the islands. Borehole to surface resistivity imaging results for the island indicated a plume of saline water sinking to depths of 60 m. Groundwater salinity below the island ranged from 11.7 g/l from the margin of the island to 122 g/l at the centre of the island. Beyond the 60m depth, groundwater salinity dropped to about 0.33 g/l at the centre of the island. Lateral and down-hole imaging results, as well as water salinity values, showed a migrating plume of high salinity groundwater from the surface of the island invading a relatively deeper low-density fresh groundwater environment. Combining geochemical, isotopic and electrical resistivity data indicated that capillary evaporation may have been the most important mechanism in creating high saline water under the centre of the island; however, high transpiration rates along the edges of the island may have been important in producing salts which could migrate toward the island's centre. The results of this study showed how high salinity levels may have formed in near surface aquifers in natural inland delta environments in semi-arid areas.

Este estudio sobre la resistividad eléctrica fue llevado a cabo en Thata, una de las numerosas islas circulares en el Delta del Okavango, para analizar los mecanismos que gobiernan las interacciones entre la superficie acuática, la vegetación y las aguas subterráneas. Siete perfiles de datos fueron recolectados y los resultados modelados indicaron que el centro de la isla tiene bajos valores de resistividad (menos de 10 ohm-m), mientras que estos niveles se aumentan lateralmente fuera de la isla. Esta zonificación lateral de resistividad responde a la química de las aguas subterráneas poco profundas debajo de la isla que tienen una gran concentración de disoluciones al interior y presencia de agua fresca fuera del territorio. Perforaciones para medir los resultados de la resistividad en la isla mostraron una columna de agua salina que se hunde hasta 60 metros de profundidad. La salinidad de las aguas subterráneas en la isla oscila entre 11.7 g/l en el margen y 122 g/l en el centro. Debajo de los 60 metros de profundidad, la salinidad de las aguas profundas cae hasta el 0.33 g/l en el centro de la isla. Los resultados del sondeo lateral y debajo de las perforaciones, además de los valores de salinidad en el agua, mostraron una columna de alta salinidad en aguas subterráneas que se desplaza desde la superficie de la isla y que invade un ambiente de aguas subterráneas medianamente profundo de baja densidad. La combinación de datos geoquímicos, isotópicos y de resistividad eléctrica indican que la evaporación capilar podría ser el mecanismo más importante en la creación de la alta salinidad en el centro de la isla; sin embargo, la alta tasa de transpiración en los extremos de la isla podría ser importante en la producción de sal que se desplazaría hacia el centro. Los resultados de este estudio muestran cómo los niveles de alta salinidad podrían haberse formado en acuíferos superficiales de ambientes naturales al interior del delta, en áreas semiáridas.

DRASTIC-based methodology for assessing groundwater vulnerability in the Gümüshaciköy and Merzifon basin (Amasya, Turkey)

Preparing aquifer vulnerability maps has become crucial during recent years for preventing adding new ones to aquifers which have been contaminated due to environmental effects and been out of use. GIS techniques and DRASTIC method were used when preparing vulnerability maps for the basin in which the Gümüshaciköy and Merzifon aquifers are located. Groundwater flow is approximately directed west-east and many villages are located across the aquifer in the basin which contains two sub-provinces and is characterised by intensive agricultural activity. DRASTIC layers were created when preparing vulnerability map, using parameters such as groundwater level, recharge, aquifer environment, topography and hydraulic conductivity. The aquifer vulnerability map was prepared by overlapping the layers by means of GIS. , three different vulnerability zones were determined in the Gümüshaciköy basin according to DRASTIC scores low (140). Based on the vulnerability map, it was found that the Gümüshaciköy Basin had a low contamination potential. It was established that 16% of the basin had high vulnerability and 47% low vulnerability. Areas having high vulnerability generally overlapped areas where the slope was gentle soil above the aquifer was permeable.

La preparación de mapas de vulnerabilidad acuífera se ha convertido en una actividad crucial en los últimos años para prevenir la contaminación por efectos ambientales de un afluente y su posterior inutilización. Técnicas GIS y el método DRASTIC fueron utilizados en la preparación de mapas de vulnerabilidad en la cuenca donde están localizados los acuíferos Gümüshaciköy y Merzifon, en Turquía. El flujo de las aguas subterráneas corre aproximadamente Oeste-Este y varias poblaciones están ubicadas al paso del acuífero por dos subprovincias que se caracterizan por la actividad agrícola. Se crearon capas en el método DRASTIC cuando se preparó el mapa de vulnerabilidad con parámetros como nivel, recarga, ambiente del acuífero, topografía y conductividad hidráulica. La representación de vulnerabilidad se logró al sobreponer estas capas a través de técnicas GIS, lo que permitió determinar tres zonas diferentes de vulnerabilidad en la cuenca de Gümüshaciköy basado en los puntajes del método DRASTIC: baja (140). Con base en este mapa, se concluye que la cuenca de Gümüshaciköy tiene un bajo potencial de contaminación. Se estableció que el 16 % de la cuenca es altamente vulnerable y el 47 % de baja vulnerabilidad. En aquellos lugares identificados con alto potencial de contaminación se suelen sobreponer áreas donde la inclinación de tierra sobre el acuífero es permeable.

Metal speciation in sediments from crude oil prospecting in the coastal area of Ondo State, Nigeria

Information obtainable from metal speciation is far more valuable regarding the bioavailability, toxicity and fate of metals than information from total metal data. Metal speciation on sediment was thus carried out in this study to assess the bioavailability, fate and mobility of As, Cd, Cr, Fe, Mn, Ni, Pb, and V in the crude oil prospecting area of Ondo State in Nigeria. Five operationally-defined metal species were obtained using the sequential extraction method: exchangeable species, carbonate-bound species, iron/manganese-bound species, organic-bound species and residual species. Species' concentration, spread and relative abundance were used to assess their fate, mobility and potential toxicity. The crude oil exploration site and the mouth of the estuary had the highest concentrations of these metals compared to other sites. The exchangeable and the organic-bound high risk species were most predominant in the crude oil exploration sites but their concentration became reduced downstream away from these sites. The residual fraction (the least in the crude oil prospecting site) was the most predominant in the most distant sites downstream. There were indications of self-management of the metals in the coastal system through favourable biogeochemical reactions partitioning metals from high risk species from low risk ones and the non-toxic residual fraction. It could, however, be concluded that sediment from the crude oil prospecting area may serve as non-point sources for metals contaminating the coastal system, they have higher metal bioavailability and higher toxicity risk potential than other sites (which should be curtailed).

La información obtenida a través de la especiación de metales es mucho más valiosa en términos de biodisponibilidad, toxicidad y destino que aquella información de sus datos generales. En este trabajo se llevó a cabo una especiación de metales en sedimentos para evaluar la biodisponiblidad, destino y movilidad de As, Cd, Cr, Fe, Mn, Ni, Pb y V en el área de explotación de crudo del estado de Ondo, Nigeria. Se obtuvieron cinco especies de metales operacionalmente definidas con el método de extracción secuencial: especies intercambiables, especies vinculadas al carbono, especies vinculadas al hierro y al manganeso, especies relacionadas a lo orgánico y especies residuales. La relativa abundancia, propagación y concentración de las especies fue utilizada para evaluar su destino, movilidad y riesgo de toxicidad. El sitio de la explotación de crudo y la boca del estuario tienen la mayor concentración de estos metales en comparación con otros lugares. Las especies intercambiables y relacionadas a lo orgánico de alto riesgo fueron más predominantes en los sitios de exploración de crudo, pero su concentración se reduce río abajo de estos lugares. La fracción residual (menos en el sitio de exploración de crudo) fue la más predominante en los lugares más distantes aguas abajo. Hubo señales de automanejo de los metales en el sistema costero a través de reacciones biogeoquímicas con particiones de metales desde especies de mayor riesgo hacia las de menor riesgo y con la fracción residual no tóxica. Podría concluirse que los sedimentos del área de explotación de crudo podrían ser fuentes no puntuales de metales contaminantes en el sistema costero, ya que tienen mayores potenciales de riesgo en biodisponibilidad y alta toxicidad a comparación de otros lugares (lo que debería ser reducido).

Biogeochemical and engineering characteristics of soils and groundwater around a dumpsite

An active dumpsite in Lagos south-western Nigeria was monitored to test natural attenuation efficiency in reducing contaminants by determining soil and groundwater biogeochemical and engineering properties within and around the site. From the Casagrande Plasticity Chart, the soil could be classified as clay or silt having intermediate to high plasticity; unsaturated zone thickness was 10-20m and permeability was low (1.96x10-5 to 41.8x10-5 m/s). Appropriate microorganisms, such as bacteria, viruses and fungi which are required for natural attenuation, were naturally present. Nutrients such as calcium, copper, magnesium, manganese, potassium, sodium and zinc, as well as electron donor (organic carbon) and electron acceptor (oxygen, nitrate, sulphate and iron), were also present in various amounts for effective natural attenuation. All the parameters analysed in water samples came within Environmental Protection Agency standards, except Fe, Na, Cl, NO3, Al, Ba, Ni, total bacteria and total fungi. Phenol and total viral count were not detected in the two boreholes studied, but they showed values as high as 10,000 MPN/100ml and 230 CFU/100ml, respectively, in leachate. The concentration of contaminants in the soil was very high and inversely proportional to depth.

Un basurero activo en Lagos, al suroccidente de Nigeria, fue monitoreado para medir la eficiencia de atenuación natural en contaminantes por la determinación del suelo, las características biogeoquímicas de las aguas subterráneas y las propiedades de ingeniería adentro y afuera del vertedero de desechos. Según la escala de plasticidad de Casagrande, el suelo se podría clasificar como arcilloso o cienoso, con plasticidad de intermedia a alta; el espesor de la zona sin saturar fue de 10-20 m y la permeabilidad fue baja (1.96x10-5 to 41.8x10-5 m/s). Están presentes los microorganismos apropiados para la atenuación natural como las bacterias, virus y hongos. Nutrientes como el calcio, el cobre, magnesio, manganeso, potasio, sodio y zinc, al igual que donantes de electrones (carbón orgánico) y receptores de electrones (oxigeno, nitrato, sulfato e hierro) se encuentran presentes en diferentes cantidades para una efectiva atenuación natural. Los parámetros analizados en las muestras de agua están dentro de los estándares de la Agencia de Protección Ambiental, excepto Fe, Na, Cl, NO3, Al, Ba, Ni, el total de las bacterias y el total de hongos. El fenol y el total viral no fueron detectados en los dos hoyos estudiados, pero estos mostraron valores de 10,000 MPN/100ml y 230 CFU/100ml en los lixiviados. La concentración de contaminantes en la tierra es muy alta e inversamente proporcional a la profundidad.

Using conodont elements to distinguish Permian-Triassic boundary disconformity near Haftad Gholleh, central Iran

The present study focuses on the stratigraphy of the Permian-Triassic boundary in the Haftad Gholleh area in eastern Arak and north of Mahallat,located in central Iran. This boundary of erosional unconformity or disconformity and as in other Iranian sequences related to the Permian period, contains dolomitic limestone and shale and sandstone disconformably located below the Triassic sequence. A detailed measured stratigraphic section has provided conodonts from the Permian-Triassic boundary (PTB) sequences in the area being studied. Three conodont areas have been recognied which place the PTB in this section by precise biostratigraphy. One of the most upper Permian sequences belongs to the Guadalupian period. The Triassic sequence consists of vermiculate limestone layers with coloured shale inter beds belonging to the Early Triassic period; unconformity at the Permian-Triassic boundary therefore represents a hiatus of about 10 million years.

El presente estudio se enfoca en la estatigrafía del Límite Pérmico-Triásico en el área de Haftad Gholleh, al este de Arak y al norte de Mahallat, centro de Irán. Este límite de discordancia erosiva, al igual que en otras secuencias iraníes relacionadas al período Pérmico, contiene calizas dolomías, esquistos y areniscas discordantes localizadas debajo de la secuencia Triásica. En una medida estratigráfica detallada del área de estudio se encontraron conodontas del Límite Pérmico-Triásico (PTB, por sus siglas en inglés). Se reconocieron tres áreas de conodontas, lo que ubica esta sección del PTB como bioestatigráfica precisa. Una de las secuencias superiores del Pérmico pertenece al período Guadalupiense. La secuencia Triásica consiste en calizas con capas vermiculitas coloreadas de esquisto que pertenecen al período Triásico temprano. La discordancia del Límite Pérmico Triásico, entonces, representa un lapso cercano a los 10 millones de años.

Late Permian brachiopoda fauna in north-western Iran

The Late Permian marine sequence in the north- west of Iran, in eastern Azerbaijan province in the Zal stratigraphic section, was selected for studying brachiopods. Samples were collected from the Ali Bashi and Jolfa Formation.S. Twenty-seven species from 13 brachiopoda genera were recognised in this study.The recognised fossil community was compared to brachiopod communities in some regions of Iran and the Tethyan region, suggesting the Late Dzhulfian period as the age for the deposits being studied. Recognized brachiopods belonge to the orders Athyris, Rhynconellida, Productida and Strophomenida.

La secuencia marina del Pérmico superior en el noroeste de Irán y el este de Azerbaiyán, sección estatigráfica de Zal, fue seleccionada para este estudio de braquiópodos. Las muestras fueron tomadas en las formaciones Ali Bashi y Jolfa. Se reconocieron 27 especies de 13 géneros de braquiópodos en este análisis. Las muestras recolectadas fueron comparadas con sus similares de otras regiones de Irán y de la región del Tetis, lo que sugirió el período de tardío de Dzhulfan como la proveniencia de estos depósitos. Los braquiópodos reconocidos en este trabajo pertenecen a las familias de Athyris, Rhynconellida, Productida y Strophomenida.