Depósitos evaporíticos

Semestre primavera 2015Paulina Durán-Joseline Tapia

Foto: http://blogs.agu.org

Generalidades

Definición● Precipitación química directa de iones contenidos en aguas que

rellenan cuencas sedimentarias, diversos yacimientos.● Más característicos evaporitas.

Figura 1. Evaporita del Death Valley, California USA. Fuente: Missoury State University, Sedimentary and metamorphic rocks and

age determination.

Definición● Las rocas evaporíticas

son las principales rocas químicas.

● Suelen formarse a partir del agua de mar.

● También existen evaporitas continentales○ lagos salados.

○ regiones desérticas que se inundan esporádicamente

● También existen evaporitas en cuencas que se forman cerca de volcanes a través de fuentes termales.

Figura 2. Badwater dry lake, 2007, Death Valley, California USA. Fuente: en.wikipedia.org

Origen● Consecuencia de la

evaporación de aguas conteniendo abundantes sales en disolución.

● Al alcanzar el nivel de saturación en las sales correspondientes ocurre la precipitación del mineral que forma ese compuesto.

● Precipitaciones sucesivas:

a. Precipitan las sales menos solubles.

b. Al aumentar la

evaporación

precipitan las más solubles.

Figura 3. Cambios en las proporciones iónicas debido a la precipitación secuencial de aragonito, yeso, halita, y salmueras a medida que agua marina moderna es evaporada a 100 veces su concentración original (modificado de

McCaffrey et al., 1987). Fuente: www.saltworkconsultants.com

Figura 4. Ocurrencias y mineralogía de evaporitas del Precámbrico (diagrama compilado de las fuentes que se presentan con cada uno de los depósitos). Fuente: www.saltworkconsultants.com

Figura 5. Variaciones seculares de la razón Mg/Ca en agua marina durante el Fanerozoico. Los puntos rojos son las razones Mg/Ca de inclusiones en la halita Chevron, los círculos abiertos de esqueletos de equinoideos marinos, y los triángulos de vetas de calcita. La línea horizontal en Mg/Ca = 2 representa la división aproximada entre aragonito + calcita rica en Mg (Mg/Ca > 2) en agua marina

a 25°C. Fuente: www.saltworkconsultants.com

Evaporitas marinas

Evaporitas marinas● Los mares contienen la

mayor proporción de sales.● El contenido medio en sales

de los mares es del siguiente orden:

Ión Concentración [ppm]

Cl- 19010

(SO4)2- 2717

(HCO3)- 137

Na+ 10800

Mg2+ 1296

Ca2+ 413

K+ 407

Tabla 1. Concentración de sales en los mares. Fuente: Higueras, Yacimientos Minerales, Rocas y yacimientos de precipitación química, UCLM.

Evaporitas marinas● La salinidad media del agua del mar

es del orden de 3.5 %.● Este valor se hace mayor en

determinados casos, alcanzando valores de incluso el 30 %.

● Para que se pueda producir la concentración de las sales que lleve a la saturación, debe darse un mecanismo que favorezca la evaporación del agua en volúmenes reducidos, y sin comunicación con el mar (que renueve el agua a concentración normal) albuferas.

Figura 6. Formación de depósitos evaporíticos. Fuente: Higueras, UCLM, Rocas y yacimientos de precipitación

química

Evaporitas marinas

Figura 7. Diagrama de una cuenca árida y cerrada donde el nivel de agua del área restringida es menor que en el mar abierto. El agua se recarga lentamente a la zona restringida por esta barrera (barrier). Fuente: Robert G. Loucks, Charles Kerans, Xavier

Janson, Bureau of Economic Geology, www.beg.utexas.edu

Evaporitas marinas● En las albuferas existe un brazo de mar individualizado del mismo por

una barra de arena, que permite ocasionalmente el paso del agua, pero la aísla durante largos periodos de tiempo.

● Bajo una fuerte insolación, el agua se evapora, aumentando progresivamente la concentración en sales, hasta que se vuelve a introducir agua de mar en la cuenca, reiniciando el proceso.

Figura 8. Albuferas. Fuente: Evaporites and authigenic sediments, geology.uprm.edu

Evaporitas marinas● En cada cuenca

predominan diferentes minerales:○ yeso (a menudo

acompañado de anhidrita)

○ cloruro sódico (halita)

○ cloruros de potasio y magnesio (silvita (KCl))

○ Carnalita, polihalita.

Figura 9. Arriba silvita. Fuente: www.mindat.org. Abajo carnalita. Fuente: www.mindat.org (Frank de Wit).

Evaporitas marinas● En cuanto a las aplicaciones

de este tipo de rocas, son tan variadas como su propia naturaleza:○ Las ricas en yeso se explotan

para obtener material de construcción.

○ Las ricas en halita, para obtener

cloruro de sodio (empleo

industrial: en la obtención de

cloro y sus derivados, así como en la industria alimentaria)

○ Las sales potásicas se explotan

para obtener fertilizantes, y

para fabricación de jabones, vidrios especiales, cerámicas.

Figura 10. Los principales usos del yeso en USA son placas y yeso de construcción. Foto © George Peters e iStockphoto. Fuente:

geology.com.

Ejemplos de evaporitas marinas mundiales● Yacimientos importantes a nivel mundial:

○ Rusia (Solikamsk en los Urales, Soligorsk en Bielorrusia)○ Canadá (Saskatchewan y New Brunswick)○ Alemania (Hannover y Stassfurt).

Figura 11. Sección transversal maestra A-A’ (porción norte), mostrando la relación estratigráfica entre la Cuenca Waterways, el complejo Swan Hills, el borde del complejo de reef en arco de Peace River, Hay River Bank y la Cuenca de Horn River, Oeste de

Canadá. Fuente: Oldale y Munday, Chapter 11 Devonian Beaverhill Lake Group of the Western Canada Sedimentary Basin.

Evaporitas lacustres

Evaporitas lacustres● Generalmente de agua dulce.● Pueden llegar a contener aguas ricas en sales, que pueden ser distintas a

las que encontramos en el mar, al menos cuantitativamente.● Tipos de yacimientos minerales:

○ Depósitos de sales sulfatadas■ sódicas (thenardita, glauberita) ■ magnésicas (epsomita)

○ Depósitos de carbonatos alcalinos (trona, natron)○ Depósitos de arcillas especiales (sepiolita, palygorskita).

● Importantes: sulfato sódico y arcillas especiales.

Evaporitas lacustres● Los de sulfato de sodio constituyen

acumulaciones estratificadas de thenardita y glauberita (acompañados por sales como halita, yeso, polihalita, y otros sulfatos más o menos complejos e hidratados de Na, Ca y Mg).

● Se explotan para la extracción del sulfato de sodio puro (fabricación de detergente libre de fosfatos; fabricación del papel kraft; vidrios especiales).

Figura 12. Arriba: thenardita. Fuente: www.foro-minerales.com Abajo: glauberita. Fuente: www.foro-minerales.com.

Evaporitas lacustres

● El otro tipo de yacimientos que pueden formarse en este tipo de cuencas son los de arcillas especiales, fibrosas:○ sepiolita-palygorskita en

ambientes marinos

○ sepiolita en ambientes continentales.

Figura 13. Arriba: sepiolita. Fuente: www.uhu.es/museovirtualdemineralogia. Abajo: yacimiento de

paligorskita en Segovia, España. Fuente: www.dicyt.com.

Evaporitas lacustres● Por precipitación química directa de este mineral en medios

evaporíticos atípicos (fundamentalmente pantanos de regiones áridas ) escasez de aniones cloruro y sulfato, abundancia de cationes, especialmente Mg.

● Suelen constituir masas lentejonares, de espesor y continuidad lateral variable, intercaladas entre materiales detrítico-carbonatados, a menudo directamente relacionados con secuencias evaporíticas típicas.

Evaporitas lacustres en el mundo● Las principales áreas de explotación:

○ Lagos salinos del Norte-Centro de EE.UU. y Sur-Centro de Canadá ■ el Gran Lago Salado, de Salt Lake City, Utah (como más importante)■ el Lago Searles

○ En las cuencas de Madrid ■ Villaconejos, M. y Villarrubia de Santiago, Toledo

○ del Ebro ■ Alcandrade-Arrúbal, La Rioja y San Adrián, Navarra.

El Gran Lago Salado, Utah, USA

Figura 14. Vista satelital de Google maps del Gran Lago el Salado, Utah. El Gran Lago Salado es el último

sumidero de los escurrimientos superficiales del oeste Americano. No tiene salida, y por lo tanto sus aguas tienen altas concentraciones de sales disueltas. Un

gran depósito evaporítico rodea el lago mostrando su extensión en el Pleistoceno. Sin embargo, al sur del

Gran Lago Salado se encuentra el Lago Utah, que contiene agua dulce. El lago Utah mantiene bajos

contenidos de sales debido que cuenta con un río que drena agua y sales, por lo tanto el lago Utah no tiene

evaporitas en el fondo. Fuente: Jason W. Barnes, Profesor Asistente de Física, University of Idaho,www.

psi.edu.

Lago Searles, California, USA

Figura 15. Lago Searles, cerca del Valle de la Muerte, California, USA. Fuente: www.lakescientist.com.

Evaporitas lacustres en Chile● María Elena (SQM)● Pedro de Valdivia (SQM)

Evaporitas de medios desérticos

Evaporitas de medios desérticos● En los grandes desiertos la meteorización química actúa generando sales

solubles que quedan durante largos periodos de tiempo sobre las rocas a partir de las cuales se forman.

● Cuando se producen lluvias torrenciales, escasas pero no excesivamente infrecuentes en estos climas, se produce el lavado de estas sales, que forman grandes charcas o lagos efímeros, que al cesar las lluvias se evaporan rápidamente y producen la concentración de las sales arrastradas.

Evaporitas de medios desérticos● En estas condiciones se forman concentraciones salinas de composición

muy variable.● Ejemplos conocidos:

○ Salar de Atacama, Chile, halita enriquecida en Mg, K, Li y B.○ Valle de la Muerte, Desierto de Mojave (SE de California, EE.UU.), bórax

○ Zonas desérticas de alta montaña (Himalaya) de Cachemira (India), lagos ricos en depósitos de bórax .

Evaporitas en medios desérticos en el mundo: Valle de la muerte

Figura 16. Izquierda: ubicación del Valle de la Muerte. Fuente: geography.howstuffworks.com. Derecha: El court de golf del diablo, Valle de la Muerte, California, USA. Fuente: upload.wikimedia.org.

Evaporitas de medios desérticos en Chile● Los depósitos salinos del

norte de Chile, conocidos como salares, se localizan entre los 18º y los 27º de latitud Sur, en las Regiones de Arica y Parinacota, Tarapacá, Antofagasta y Atacama, en un área de unos 250.000 km2.

● Desde 1.000 metros sobre el nivel del mar en el oeste y hasta casi 5.000 metros sobre el nivel del mar en el este.

Figura 17. Ubicación de algunos salares del norte de Chile. Fuente: López et al., 1999, Rev Geol Chile, 26(1): 89-108..

Evaporitas de medios desérticos en Chile

● Depósitos salinos de Chile:○ Depósitos de Nitratos (SQM)

○ Depósitos de salmueras de litio, potasio y boro

(SQM). Yacimiento de Litio más importante a nivel mundial.

Figura 18. Mapa general de distribución de las mineralizaciones de nitrato en el norte de Chile (áreas en gris claro). Los principales salares de la zona están indicados en

gris oscuro. Fuente: Pueyo et al., 1998, Rev Geol Chile, 25(1): 3-15..

Evaporitas de medios desérticos en Chile● Depósitos de Nitratos:

○ El producto principal corresponde al Salitre natural.

○ Pese a creación del salitre sintético (principal uso en explosivos) por Fritz Haber , en alemania en

1918, este sigue siendo explotado principalmente como fertilizante por lo elementos traza presentes en este.

○ Otros productos son halita, sulfatos, yodatos, boratos y cromatos. Los cuales cementan

depósitos aluviales de pie de monte o coluvio, impregnan rocas fracturadas y porosas y están presentes en regolitos cerca de la superficie en el desierto de Atacama. ( Maksaev, apuntes)

Figura 19. Fotografiado por Mr. C. E. Atwood, Antofagasta, Chile. Nitratos en la cancha, en proceso de embalaje y transporte local para exportación. A la izquierda, una gran acumulación de ripio.. Fuente: Walter Tower, 1913, The popular science monthly..

Evaporitas de medios desérticos en Chile● Salmueras:

○ El principal elemento de interés de las salmueras es el Litio.

○ También se obtiene borato de sodio de la ulexita.

○ Potasio y cloruro de sodio de la salmuera.

Figura 20. Salmueras ricas en litio. Fuente: Compilado de

estimaciones de presentaciones de compañías, Roskill y consultoras independientes (para orocobre).

Los puntos rojos representan salmueras peuqeñas..

Evaporitas de medios desérticos en Chile● Salmueras de litio, potasio y boro:● Reservas operaciones:

○ SQM Salar entre 6,0 y 6,7 Millones de toneladas de Li.○ Maricunga 56.000 ton de Li y 330.000 Potasio (18% titular Codelco)○ Pedernales, 21.000 ton de Li y 235.000 ton de potasio (100% titular Codelco)

○ De los 18 salares Andinos y Preandinos estudiados por el SERNAGEOMIN (2013), existen 3 salares preandinos por potencial alto y 4 con potencial medio.

Evaporitas de medios desérticos en Chile

Figura 21. Ubicación del Salar de Atacama.Izquierda: zona rica en salares. Derecha: imagen del Salar de Atacama (NASA). Fuente: greenandgold.uaa.alaska.edu.

Evaporitas de medios desérticos en Chile● Salmueras de litio, potasio y boro:

○ Carbonato de litio, su uso es para, la industria de las baterías, vidrios y cerámicas, otros derivados de litio (hidróxido de litio).

○ A diferencia de otros minerales su precio se negocia directamente entre el productor y el cliente.

○ El año 2014 el carbonato de litio (técnico) bordeaba los 5.500 a 6.000 USD la tonelada, y el carbonato de litio batería bordeaba los 6.200 a 7.000 USD la tonelada.

Evaporitas de medios desérticos en Chile

Figura 22. Precio del carbonato de litio desde enero del 2012 a diciembre de 2013. Fuente: www.orocobre.com.au.

Evaporitas de medios desérticos en Chile

● Impacto ambiental:○ Este tipo de depósitos en especial los

de tipo salmuera deben cumplir

normas de extracción de agua,

monitoreando el nivel freático de los

caudales del área en la fase de

explotación, para que el impacto

ambiental no afecte a las

comunidades aledañas, ni a la biodiversidad.

Figura 23. Mapa mostrando la ubicación de Yungay (YUN) en el desierto de Atacama (a), morfología de ‘salar’ (b),

ejemplo típico de costra de halita colonizada por Cyanobacteria (c) – se distinguen claramente las zonas

negras y verdes. Fuente: Vitek et al., 2014, FEMS Microbiol Ecol, 90: 351–366. doi:10.1111/1574-6941.12387..

Halocinesis o diapirismo

Evaporitas y halocinesis o diapirismo● Diapirismo o

halocinesis:○ i.e. el movimiento de las

masas salinas a lo largo

de series sedimentarias pueden originar diapiros

● Se relaciona a:○ Baja densidad

○ Comportamiento

mecánico, de carácter viscoso.

Figura 24. Diagrama de un diapiro en Alemania. Modificado de Kockel et al. (1996). Fuente: www.geocaching.com

Evaporitas y halocinesis o diapirismo● Cuando una capa

potente intercalada entre capas más densas sufre una deformación tectónica incipiente que implica la formación de un bucle, se produce una cierta migración de material hacia la zona del bucle que incrementa localmente el espesor de la capa o formación en ese punto.

Figura 25. Esquema de la formación de diapiros. Fuente: homepage.ufp.pt

Evaporitas y halocinesis o diapirismo

Figura 26. Diagrama de un diapiro en Alemania. Modificado de Kockel et al. (1996). Fuente: es.wikipedia.org

Evaporitas y halocinesis o diapirismo● Este aumento de potencia implica también un aumento de volumen, y a

su vez, un aumento del empuje, que se traduce en el desencadenamiento de un proceso de ascenso de los materiales, formado el diapiro propiamente dicho.

● Este proceso es el responsable de que las evaporitas, a pesar de tratarse de rocas sedimentarias, a menudo formando parte de series sedimentarias de regiones muy poco afectadas por deformación tectónica, no se encuentren constituyendo capas horizontales, perfectamente interestratificadas en las series originales, sino formando estas estructuras, de morfologías más o menos complejas, y que incluso pueden mostrar actividad a escala de observación directa.

Azufre sedimentario

Azufre sedimentario● El azufre nativo a menudo se encuentra asociado a los yacimientos

de yeso evaporítico.● Por acción de bacterias sulfato reductoras, que transforman el sulfato

en sulfuro, que se reduce a su vez para dar azufre nativo● Concentraciones masivas de azufre sedimentario, que junto con las de

origen volcánico constituyen los principales tipos de yacimientos de este elemento.

● No se pueden considerar, por tanto, yacimientos químicos en sentido estricto, sino bioquímico, aunque aparecen asociados a los yacimientos químicos de evaporitas.

Azufre sedimentario

Figura 27. Cinética y fraccionamiento de isótopos estables para transformaciones abióticas y

microbiales de azufre elemental en ambientes hidrotermales de piso marino. Fuente: www.gl.

ciw.edu

Bibliografía

Bibliografía sugerida ● Maksaev, V. Capítulo 18-19-20. http://www.cec.uchile.

cl/~vmaksaev/metalogenesis.html● Higueras, P. & Oyarzún, R. Yacimientos minerales (una guía on-line). http:

//www.uclm.es/users/higueras/yymm/YM8.html● http://www.uantof.cl/salares/Fichas/Yeso.pdf● http://www.volcan.cl/hogar/historia.php● http://www.igme.es/PanoramaMinero/Historico/2002/GLAUBE02.pdf● http://www.gob.cl/wp-content/uploads/2015/01/Informe-Comisi%C3%

B3n-Litio.pdf