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D GEOLOGICA DE CH

ILE

la serena octubre 2015

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Figura 1. Área de estudio, puntos de muestreo y distrubución de As en aguas superficiales. 1. Chañaral; 2. Pan de Azúcar; 3. Pampa Austral; 4. Diego de almagro; 5. Inca de Oro; 6. El Salvador; 7. Mina El Salvador; 8. Potrerillos; 9. Salar de Pedernales; 10. Termas de Río Negro; 11. Río Juncalito; 12. Aguas termales de Laguna Verde; 13. Salar de Maricunga.

Geología y geoquímica de los depósitos salinos del Salar de Punta Negra, Región de Antofagasta, Chile. Daniel Álvarez1, Joseline Tapia2 y Rodrigo González1 1Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas, Universidad Católica del Norte, Avenida Angamos 0610, Antofagasta, Chile 2Departamento de Ingeniería en Minas, Facultad de Ingeniería, Universidad de Antofagasta, Campus Coloso sn, Antofagasta Chile daniel.alvarez@hotmail.cl Resumen. El Salar de Punta Negra, ubicado en la región de Antofagasta, se encuentra en una cuenca endorreíca prealtiplánica longitudinal entre la Cordillera de Domeyko y la Cordillera de los Andes. El estudio de los depósitos salinos: líquidos, detríticos y costras salinas, en cuanto a composición y distribución, dan a conocer la condición actual del salar y los factores responsables de esta misma. Los análisis geoquímicos realizados permiten configurar su geología, a partir de la mineralogía entregada en los análisis de DRX, revelando la zonación típica de los salares. Las tendencias de las concentraciones de elementos traza en aguas superficiales, resultantes de los análisis de ICP-MS, sugieren factores naturales y antropogénicos como fuentes de los elementos en estudio. Palabras Claves: Salar, Punta Negra, depósitos salinos, zonación, elementos traza. 1 Introducción El Norte Grande de Chile se caracteriza principalmente por las condiciones climáticas imperantes, especialmente su extrema aridez. Estas, junto a la tectónica, geomorfología volcánica actual y la existencia de materiales salinos solubles, configuran un sistema natural deposicional de características salobres en cuencas endorreicas. En esta zona geográfica, existen más de 100 cuencas de drenaje endorreico, la mayoría de las cuales contienen salares en su interior (Stoertz y Eriksen, 1974). Los salares se definen como un conjunto de sedimentos de naturaleza evaporítico-detrítica, cuya génesis ha tenido lugar en la zona más deprimida de una cuenca cerrada sometida a un clima árido o semiárido (Chong, 1988). Su formación y desarrollo se debe, principalmente, a la diferencia entre las altas tasas de evaporación existentes y los reducidos aportes de agua, provenientes de escasas precipitaciones estacionales. Según Richter (1972), los depósitos salinos, líquidos, detríticos y costras salinas, determinan una zonación concéntrica de cloruros, sulfatos y carbonatos, producto de la deposición de diferentes sales al alcanzar sus respectivos productos de solubilidad. El Salar de Punta Negra, ubicado en la región de Antofagasta, se encuentra en una depresión prealtiplánica longitudinal entre la Cordillera de Domeyko al oeste y la Cordillera de los Andes al este. Debido a su ubicación y vulnerabilidad de los sistemas hidrológicos de la zona,

los depósitos salinos del Salar de Punta Negra son foco de investigación para conocer sus condiciones actuales y por presentar diferentes variables que lo han hecho evolucionar. El presente estudio tiene como objetivo estudiar el estado actual de las aguas, a través de su geoquímica entregada por análisis de ICP-MS y, la mineralogía y distribución actual de las sales, a través de difractometría de rayos X, representados en un mapa geológico actualizado. 2 Metodología, análisis y resultados. 2.1 Metodología Este estudio se realizó en tres etapas. La primera etapa, de gabinete pre-terreno, consiste en la recopilación de estudios anteriores en el área, la selección de los 17 puntos de muestreo, a partir de una imagen satelital LANDSAT Abril/2014 y la preparación de las herramientas a utilizar en terreno, bajo técnicas limpias. La segunda etapa, de terreno, comprende la observación y muestreo de los depósitos salinos de los puntos de control propuestos, siguiendo los respectivos protocolos de muestreo dependiendo del material a extraer. Para costras, en 1m2 se extraen 150 grs aleatoriamente de material superficial, y se guarda en bolsas NASCO WhirlPack®. Para aguas, se extraen 110 ml con un filtro de 0,45 µm y se vierte el contenido hasta completar 220 ml en 2 botellas, de las cuales una es para análisis de metales por lo que se acidifica con HNO3 suprapuro al 60% (pH~2). Para sedimento (precipitado), se extraen 150 grs de material desde el fondo de la salmuera con una cuchara previamente tratada con HCl para los análisis respectivos y se guarda en bolsas NASCO WhirlPack®. En total se toman 45 muestras (14 costras, 17 aguas y 14 sedimentos) de las cuales aguas y sedimentos se mantuvieron a 4°C hasta los análisis, que son parte de la tercera etapa, post-terreno, para ser proyectados en un mapeo geológico y mapas de distribución, realizados en ArcGis 10.1, en el Departamento de Ciencias Geológicas de la Universidad Católica del Norte. 2.2 Difracción de rayos X. Son seleccionadas 8 costras y llevadas a análisis de DRX

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AT 4 Impacto de las GeocIencIas en la socIedad

para determinar su composición mineralógica en las dependencias del Laboratorio de Geoquímica del Departamento de Ciencias Geológicas de la Universidad Católica del Norte. Los resultados obtenidos, nos entregan una caracterización mineralógica de las distintas costras salinas presentes en el salar representando el área del punto muestreado y seleccionado. Es así como mineralógicamente se determina la presencia de: - Cloruros, representados generalmente por halita y

ocasionalmente acompañada de carnalita y silvita. - Sulfatos, representados generalmente por yeso,

anhidrita y excepcionalmente por basanita. - Carbonatos, representados por calcita. - Material sedimentario, representado por cuarzo,

albita, albita baja en Ca y muscovita. - Y finalmente, en proporciones despreciables boratos y

nitratos, representados por hidroclorborita y nitratina, respectivamente.

Tabla 1. Resultados de análisis DRX de costras seleccionadas, agrupados por grupo mineral.

Integrando estos resultados, junto a una fotointerpretación de la imagen satelital LANDSAT, las observaciones de los contrastes del relieve en terreno y mapeos geológicos anteriores del área de estudio, permiten validar la composición salina de los depósitos en la confección de un mapa geológico del Salar de Punta Negra actualizado (Fig. 1).

Figura 1. Mapa geológico actualizado del Salar de Punta Negra.

2.3 ICP-MS de aguas. Son seleccionadas 8 muestras de aguas, correspondiente a cada punto con presencia de salmuera y llevadas a análisis de metales y metaloides trazas mediante la técnica de ICP-MS en el laboratorio Geosciences Environment Tolouse (GET), Francia. Este análisis permite cuantificar los elementos seleccionados en µg/l, para determinar su distribución y posible procedencia, y las correlaciones presentes entre ellos. Del total de elementos analizados, se opta por trabajar con aquellos elementos con valores cuya precisión y exactitud sean >90%, obtenidas a partir de estadística básica y el material de referencia certificado SLRS-5 para elementos trazas. Así, se confeccionan mapas de distribución elemental en el área de estudio e interpretan anomalías presentes, como también factores ambientales que han modificado el comportamiento de estos metales. Los elementos cuyos resultados son precisos y exactos corresponden al Fe, Cu, As, Mo y Pb. Para Fe, se observa el valor más elevado hacia el suroeste en SPN08 y valores intermedios generalmente hacia el sector occidental del salar, cuyas aguas tienen origen de la recarga de la Cordillera de Domeyko. En cuanto a los valores más bajos se encuentran generalmente hacia el sector oriental. Para Cu, los valores más altos corresponden a SPN04, SPN09 y SPN14, respectivamente. Los valores intermedios corresponden a SPN08, SPN12 y SPN15 y, los valores bajos en SPN06 y SPN11, sin una distribución preferencial entre ellos. Para As, los valores más elevados se encuentran en los extremos norte SPN04 y SPN06 y, en el extremo sur en SPN09, los valores intermedios se encuentran hacia el noreste del salar en SPN14 y SPN15 y, los valores más bajos en SPN08, SPN11 y SPN12 cuyo origen de las aguas corresponden a recargas provenientes de la Cordillera de Domeyko y Cordillera de los Andes. Para Mo, los valores más elevados corresponden a SPN04, SPN06 y SPN08, todos cercanos a la costra central de cloruros, cuyas fuentes de aguas provienen de la Cordillera de Domeyko. Los valores intermedios se encuentran en SPN09 y SPN14, ambos en las zonas más externas de los depósitos salinos. Los valores bajos se encuentran hacia el este en SPN11, SPN12 y SPN15. Para Pb, los valores más elevados corresponden a SPN06 y SPN08, los intermedios a SPN04, SPN09 y SPN14 y, los valores bajos en SPN11, SPN12 y SPN15, sin una distribución preferencial entre ellos. Con los resultados y observaciones de cada elemento se elaboran mapas de distribución elemental (Fig. 2), permitiendo interpretar procedencias y concentraciones de los metales en estudio. 3 Discusión y conclusiones A partir de los resultados obtenidos con los análisis de

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ST 12 CONTAMINACIÓN DE SUELOS, AGUAS, SEDIMENTOS, ATMÓSFERA Y BIOSFERA

DRX observaciones de terreno y fotointerpretación de la imagen LANDSAT Abril/2014 se observa que existe

correspondencia y variaciones en la distribución de los grupos minerales con respecto a la distribución de los depósitos propuestas en trabajos anteriores. Los resultados que coinciden con trabajos anteriores corresponden a SPN04 en costras de cloruros,SPN14 y SPN15 en costras de cloruros-sulfatos, y aquellos que presentan variación corresponden a SPN03 en costra de cloruros, a pesar de que sus resultados manifiestan un contenido considerable de material sedimentario (~25%). Esto se debe a que al estar próximo al margen occidental del salar, las costras superficiales tienen una cubierta de material sedimentario transportado eólicamente, cuya fuente son aluvios y coluvios que llegan a los bordes de los depósitos salinos; SPN08 está mapeado en sulfato-sedimento, pero como resultado de su difractometría

corresponde en su totalidad a cloruros (99,9%), esta incoherencia se explica por la disolución de sales y cercanía de este punto con la costra principal de cloruros, el cual debiese tener cierta tendencia a la costra central, sin embargo, se mapea como sulfato-sedimento debido a su ubicación, observaciones del relieve en terreno en comparación a la costra adyacente y a la fotointerpretación basado en la imagen satelital utilizada; SPN10 y SPN13 están mapeados en sulfato-cloruro y cloruro-sulfato, respectivamente, pero sus resultados demuestran que SPN10 corresponde a cloruro-sulfato y SPN13 a sulfato-cloruro (Tabla 1), esta diferencia entre mapeo y resultados se debe a que las sales presentan como una de sus variables principales el factor de solubilidad, permitiendo que las proporciones de estos

mismos varíen bajo condiciones de humedad relativas, y por ende los límites de la composición de los depósitos sean difusos e irregulares. Finalmente SPN07, parte de los depósitos salinos distales del Salar de Punta Negra, corresponde a carbonatos-sedimentos-cloruros, completando el mapeo geológico actualizado del área de estudio (Fig. 1). A partir de los resultados obtenidos con los análisis de ICP-MS de las aguas superficiales de salmueras, existen tendencias generales de los valores respectivos de cada elemento en estudio, pero existen aquellos valores anómalos que escapan del valor medio de las muestras. Es así como la concentración de Fe tiene su origen en minerales ferrosos de rocas y suelos, y valores elevados se deben a actividad industrial cercana, estos valores tienden a estar en el sector occidental del salar en SPN04,

SPN06, SPN08 y SPN09 (Fig. 2a). En cuanto a las concentraciones de Cu en agua, no se relacionan directamente a fuentes naturales geológicas, sino que usualmente a fuentes antropogénicas, como la minería. Los valores del presente estudio se encuentran dispersos sin una distribución directamente relacionada a la actividad minera cercana, pero sí tienden a estar en los anillos más externos de los depósitos (Fig. 2b). Las concentraciones de As están ligadas al desarrollo de condiciones oxidantes en climas áridos, pero sus valores elevados se encuentran naturalmente en aguas

superficiales y con alta salinidad, así como también derivan de contaminación de plantas de Cu (Sancha y

Castro, 2001). En el presente estudio, los valores que escapan de la media corresponden a SPN04 y SPN06, debido a la cercanía de la actividad minera (Fig. 2c). Las concentraciones de Mo principalmente se deben a actividad industrial, representada en la zona por la actividad minera, por ende los altos valores entregados corresponden a los mismos puntos que el As, SPN04 y SPN06 (Fig. 2d). En cuanto a las concentraciones de Pb, se debe a la actividad antropogénica, específicamente a la de tránsito vehicular, por lo tanto, la tendencia de valores elevados SPN04, SPN06 y SPN08 se deben a la cercanía a caminos donde transitan vehículos por el borde oeste del salar (Fig. 2e). Finalmente, se concluye que a nivel general la

distribución de la composición de los depósitos salinos del Salar de Punta Negra presentan la zonación propuesta para salares según Richter (1972), donde el centro del salar corresponde a cloruros, rodeado de sulfatos y en zonas más distales carbonatos. También, es posible deducir que las concentraciones de los elementos estudiados y sus respectivas distribuciones en el área de estudio, responden a factores principalmente antropogénicos, como lo es el desarrollo de la minería en sus alrededores, así como de forma secundaria a factores naturales geológicos del área circundante. Son estos factores los que controlan la calidad y disponibilidad de agua en el sistema dinámico del Salar de Punta Negra, caracterizando estas aguas salobres lejos de las normas de potabilidad. Agradecimientos Agradecemos a Nelson Guerra y Fernando Álvarez (Laboratorio de Geoquímica, UCN), a Juan Ávila y Pedro Cortés (Laboratorio de Química, UAntof) y, Sue Ellen Vega y Jorge Valdés, (LASPAL, UAntof), por prestar las dependencias de estos. Referencias Chong, G. 1988. The cenozoic saline deposits of the chilean Andes between 18º00' and 27º00' south latitude. InThe Southern Central Andes (Bahlburg, H.; Breitkreuz, C.; Giese, P.; editors). Lecture Notes in Earth Sciences,Vol. 17, p. 137-151. Mongard, C. 1984. Hidrogeología del Salar de Punta Negra. Tesis de Grado para optar al Título de Geóloga, Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Departamento de Geología, 232 p. Richter, G. 1972. Geology of Saline Deposits. Proc. Of the Hannover Symposium, 1968. UNESCO, Paris. Sancha, A.M., Castro, M.L. 2001. Arsenic in Latin America: occurrence, exposure health effects and remediation. In: Chapell, W.R., Abernathy, C.O., Calderon, R.L. (eds). Arsenic Exposure and Health Effects IV. Elsevier, Amsterdam, pp.87-96. Stoertz, G.E.; Ericksen, G.E. 1974. Geology of salars in northern Chile. U.S. Geological Survey, Professional Paper, N°. 811, 65 p.

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AT 4 Impacto de las GeocIencIas en la socIedad

Figura 2. Mapas de distribución de elementos estudiados en µg/l. a) Mapa de Fe, b) Mapa de Cu, c) Mapa de As, d) Mapa de Mo y d) Mapa de Pb.

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Figura 2. Mapas de distribución de elementos estudiados en µg/l. a) Mapa de Fe, b) Mapa de Cu, c) Mapa de As, d) Mapa de Mo y d) Mapa de Pb.

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