The origin of increased salinity in the Cambrian-Vendian aquifer system on the Kopli Peninsula, northern Estonia Enn Karro · Andres Marandi · Rein Vaikmäe Abstract Monitoring of the confined Cambrian-Vendian aquifer system utilised for industrial water supply at Kopli Peninsula in Tallinn over 24 years reveals remarkable changes in chemical composition of groundwater. A rel- atively fast 1.5 to 3.0-fold increase in TDS and in con- centrations of major ions in abstracted groundwater is the consequence of heavy pumping. The main sources of dissolved load in Cambrian-Vendian groundwater are the leaching of host rock and the other geochemical processes that occur in the saturated zone. Underlying crystalline basement, which comprises saline groundwater in its up- per weathered and fissured portion, and which is hy- draulically connected with the overlying Cambrian-Ven- dian aquifer system, is the second important source of ions. The fractured basement and its clayey weathering crust host the Ca-Cl type groundwater, which is charac- terised by high TDS values (2–20 g/L). Intensive water abstraction accelerates the exchange of groundwaters and increases the area of influence of pumping. Chemical and isotopic studies of groundwater indicate an increasing contribution of old brackish water from the crystalline basement and rule out the potential implication of an in- trusion of seawater into aquifer. RØsumØ L’origine de la salinitØ croissante dans le sys- tme aquifre du Cambrien-Vendien dans la pØninsule de Kopli, nord de l’Estonie Le suivi à long terme du systme aquifre captif du Cambrien-Vendien utilisØ pour l’approvisionnement d’eaux industrielles dans la PØninsule de Kopli, nord de l’Estonie, rØvle de remarquables changements dans la composition chimique des eaux souterraines. Une aug- mentation de facteur 1.5 à 3 de la TDS et des concen- trations en ions majeurs dans l’eau souterraine est la consØquence de pompages intensifs. Les sources princi- pales des charges dissoutes dans les eaux de l’aquifre du Cambrien-Vendien sont le lessivage des roches et d’au- tres phØnomnes gØochimiques ayant lieu dans la zone saturØe. Le soubassement rocheux cristallin, qui renferme des eaux souterraines salines dans sa partie supØrieure altØrØe et fissurØe, et est hydrauliquement connectØ avec l’aquifre supØrieur du Cambrien-Vendien, est la deu- xime importante source d’ions. Le soubassement frac- turØ et le matØriel argileux de l’altØration, renferme l’eau souterraine de type Ca-Cl, caractØrisØe par un haut TDS (2–20 g/l). A cause de la mobilisation intensive de l’eau les Øchanges d’eau souterraine est sont accØlØrØs et la zone d’influence des pompages augmentent. Les Øtudes chimiques et isotopiques indiquent une contribution croissante du drainage des eaux du soubassement cris- tallin. L’intrusion d’eaux salØes de la mer dans le sys- tme aquifre n’est pas un phØnomne Øvident. Resumen El origen del incremento en salinidad en un sistema de acuíferos Cµmbrico-Vendiano en la Península Kopli, norte de Estonie Monitoreo a largo plazo de un sistema de acuíferos confinados, de edad Cµmbrico-Vendiano, que se utiliza como fuente de abastecimiento industrial en la Península Kopli, al norte de Estonie, revela cambios notables en la composición química del agua subterrµnea. Un incre- mento de 1.5 a 3 veces en TDS y en concentraciones de iones mayores en agua subterrµnea explotada ha sido ocasionado por bombeo fuerte. Las fuentes principales de carga disuelta en el agua subterrµnea Cµmbrico-Vendiano son la lixiviación de la roca encajonante y los procesos geoquímicos que ocurren en la zona saturada. Basamento cristalino subyacente, que aloja agua subterrµnea salada en la parte superior intemperizada y fisurada, y estµ co- nectado hidrµulicamente con el sistema acuífero Cµm- brico-Vendiano sobreyacente, es la segunda fuente im- portante de iones. El basamento fracturado y su corteza de intemperismo arcillosa alojan agua subterrµnea de tipo Ca-Cl la cual se caracteriza por valores altos de TDS (2– 20 g/l). Debido a extracción intensiva se ha acelerado el Received: 19 February 2003 / Accepted: 6 March 2004 Published online: 22 April 2004  Springer-Verlag 2004 E. Karro ( ) ) · A. Marandi Institute of Geology, University of Tartu, Vanemuise 46, 51014 Tartu, Estonia e-mail: ekarro@ut.ee Tel.: +372-7-375896 Fax: +372-7-375836 R. Vaikmäe Institute of Geology, Tallinn Technical University, Estonia pst. 7, 10143 Tallinn, Estonia Hydrogeology Journal (2004) 12:424–435 DOI 10.1007/s10040-004-0339-z