Paleohydrology, Sedimentology, and Geochemistry of Two Meromictic Saline Lakes in Southern Saskatchewan

Abstract

The Northern Great Plains of western Canada contain numerous saline and hypersaline lakes. Most of these lakes are shallow (< 3 m) and exhibit playa characteristics. Some, however, are relatively deep, permanent water bodies. The sediment records of these deep perennial saline lakes offer an excellent opportunity to evaluate key paleohydrologic and hydrochemical parameters. Variations in these parameters may, in turn, be interpreted with respect to climatic fluctuations in the region. Waldsea and Deadmoose lakes, located in south-central Saskatchewan, are both presently meromictic, with saline Mg-Na-SO 4 -CI waters overlying denser hypersaline brines of similar composition. The modern sediments of the lakes consist of a mixture of organic matter, finegrained detrital elastics (mainly clay minerals, carbonate minerals, quartz, and feldspars), and finely crystalline endogenic/authigenic precipitates (aragonite, gypsum, calcite, pyrite, and mirabilite). Variations in mineralogy and chemistry of sediment cores from the morphologically simple Waldsea basin show that the lake was much shallower and more saline about 4000 years ago. Although water levels have since generally increased in the basin giving rise to higher organic productivity and greater inorganic carbonate precipitation, there is also evidence of several hydrologie reversals during the last 2000 years. The stratigraphy preserved in nearby Deadmoose Lake is much more complex because of the irregular basin morphology. Lower water levels about 1000 years ago created several isolated but still relatively deep lakes in the Deadmoose basin. Les grandes plaines du nord de l'ouest du Canada contiennent de nombreux lacs salés et hypersalés. La plupart de ces lacs sont peu profonds (< 3 m) et offrent les caractéristiques des playas. D'autres, par contre, sont des plans d'eau permanents relativement profonds. Les données sédimentologiques de ces derniers permettent d'évaluer certains paramètres clés de paléohydrologie et d'hydrochimie. Les variations qu'offrent ces paramètres peuvent à leur tour être interprétées en fonction des fluctuations climatiques qu'a connues la région. Les lacs Waldsea et Deadmoose, dans le centre-sud de la Saskatchewan, sont méromictiques et leurs eaux composées de Mg-Na-So 4 -Cl recouvrent une saumure hypersaline plus dense, mais de composition semblable. Les sédiments actuels de ces lacs consistent en un mélange de matière organique, de roches détritiques à grains fins (surtout des minéraux argileux et carbonates ainsi que des quartz et des feldspaths) et de calcaires de précipitation cristallins à grains fins endogènes et authigènes (aragonite, gypse, calcite, pyrite et mirabilite). La minéralogie et la chimie des sédiments contenus dans les carottes recueillies dans le bassin du lac Waldsea, de morphologie simple, montrent des variations qui indiquent que le lac était beaucoup moins profond et plus salé il y a 4000 ans. Bien que, de façon générale, les niveaux lacustres se soient haussés depuis, ce qui a donné lieu à une production accrue de matière organique et à une plus forte précipitation des carbonates inorganiques, on trouve les témoins de plusieurs inversions de nature hydrologique depuis les 2000 dernières années. Non loin, au lac Deadmoose, la stratigraphie est beaucoup plus complexe en raison de la morphologie irrégulière du bassin. Il y a 1000 ans environ, les bas niveaux lacustres ont été à l'origine de la formation de plusieurs lacs isolés et relativement profonds dans le bassin Deadmoose. den nôrdlichen groBen Ebenen von West-Kanada gibt es zahlreiche salzhaltige und hypersalzhaltige Seen. Die meisten dieser Seen sind seicht (< 3 m) und zeigen Pfannen Charakteristika. Einige hingegen sind relativ tiefe permanente Wasserspiegel. Die Sediment-Belege dieser tiefen, bestândigen Salz-Seen bieten eine ausgezeichnete Gelegenheit, die paleohydrologischen und hydrochemischen Schlùssel-Parameter zu bewerten. Variationen dieser Parameter kônnen ihrerseits interpretiert werden in Bezug auf die klimatischen Fluktuationen in dieser Region. Die Seen Waldsea und Deadmoose, die im sùdlichen Zentrum von Saskatchewan liegen, sind gegenwârtig beide meromiktisch, mit salinen Mg-Na-SO 4 -Cl Wassern, welche dichtere, hypersaline Salzlaken âhnlicher Zusammensetzung ùberlagern. Die gegenwàrtigen Sedimente dieser Seen bestehen aus einer Mischung von organischem Material, feinkôrnigen Trùmmergesteinen (hauptsàchlich Lehm-Minerale, Karbonat-Minerale, Quartz und Feldspate), und fein kristallinen endogenen/ authigenen Niederschlàgen (Aragonit, Gipsstein, Kalkspat, Pyrit und Mirabilit). Variationen in der Minéralogie und Chemie der Sediment-Keme von dem morphologisch einfachen Waldsea-Becken zeigen, dafî der See vor etwa 4000 Jahren viel seichter und saliner war. Obwohl die Wasserspiegel seitdem im Allgemeinen in dem Becken angestiegen sind, was zu hôherer organischer Produktivitàt und vestârktem inorganischem Karbonat-Niederschlag fùhrte, findet man auch Belege fur einige hydrologische Umschwùnge wâhrend der letzten 2000 Jahre. Die im nahegelegenen Deadmoose-See erhaltene Stratigraphie ist viel komplexer auf Grund der unregelmàfîigen Morphologie des Beckens. Niedrigere Wasserspiegel vor ungefâhr 1000 Jahren fùhrten zu einigen isolierten, aber immer noch relativ tiefen Seen im Deadmoose-Becken.