Origen del yodo en el Desierto de Atacama: 129I como trazador de fluidos en procesos geodinámicos Fernanda Álvarez a, *, Alida Pérez a, b, Glen Snyder c, Gabriel Vargas a, Yasuyuki Muramatsu d, Carlos Palacios a, Martin Reich a, b. a Departamento de Geología, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Plaza Ercilla 803, Santiago, Chile b Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Plaza Ercilla 803, Santiago, Chile c Departamento de Ciencias de la Tierra, Rice University, Houston, TX 77005, USA d Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Gakushuin University, Mejiro 1-5-1, Toshima-ku, Tokyo, 171-8588, Japan *E-mail: fernanda.alvarez.a@gmail.com Resumen. La distribución global del yodo (I) en la corteza terrestre está controlada por los sedimentos marinos del fondo oceánico. El I se encuentra fuertemente asociado a material orgánico, esto junto a la presencia del isótopo radiogénico 129I, permiten que el sistema isotópico del I sea útil para datar y trazar fluidos derivados de material orgánico. Para aplicar el sistema isotópico del yodo es importante conocer la razón inicial usada para el cálculo de edades Ri = 1500 ± 150 x 10-15 (at at-1), la cual también ha sido utilizada para trazar fluidos relacionados a volcanes en zonas de subducción. En este estudio se presentan los primeros datos de concentraciones de I para cada reservorio en el Desierto de Atacama, los cuales indican que esta zona posee los valores más altos en la corteza terrestre. Por otro lado, resultados preliminares de razones isotópicas 129I/I son bastantes menores que la razón inicial, indicando que el I proviene de una o más fuentes profundas y habría sido movilizado por flujos subterráneos que ascienden a superficie por diferencias de presión. Estas razones isotópicas permiten estudiar el proceso de reciclaje de sedimentos en zonas de subducción. Palabras Claves: yodo, 129I, nitratos, transporte de fluidos, fuentes, reservorios, reciclaje. 1 Introducción El yodo (I) es un elemento químico fuertemente biofílico por lo que comúnmente se encuentra asociado a material orgánico (Snyder and Fehn, 2002). Pertenece al grupo de los halógenos y posee un alto radio iónico (2.16 Å), debido a esto difícilmente se incorpora a minerales y permanece principalmente en solución. Por lo tanto, la ocurrencia de minerales de I es bastante extraña y se acota a ambientes hiperáridos como el Desierto de Atacama. Actualmente la región de Atacama contiene las mayores concentraciones de I en el mundo, donde la ocurrencia de minerales de I se restringe a: (1) Campos de nitratos ubicados al este de la Cordillera de la Costa y (2) Zonas supérgenas en depósitos de cobre (Reich et al., 2009). La distribución global del I es dominada por sedimentos orgánicos en el fondo oceánico, donde se encuentra un 70% del I de la corteza (Muramatsu and Wedepoh, 1998). El I de los sedimentos marinos puede seguir dos procesos

diferentes: (1) continuar su ciclo hacia la atmósfera y (2) participar de la subducción siendo reciclado a través de la migración de fluidos hacia reservorios superficiales. Debido a sus características el sistema isotópico del I posee amplias aplicaciones en sistemas geológicos: (1) datación de agua de poros en formaciones rocosas o sedimentos, (2) trazado de sedimentos marinos en ambientes de subducción y (3) determinación de fuentes de fluidos corticales (e.g Snyder and Fehn, 2002; Fehn et al., 2007). 2 Métodología 2.1 Sitios de muestreo Las muestras de roca y aguas fueron recolectadas a lo largo del Desierto de Atacama, abarcando desde la costa hasta el arco volcánico actual (Figura 1). Se muestrearon distintos reservorios de I que corresponden a: agua de mar, agua de lluvia y ríos, aguas subterráneas, nitratos, rocas sedimentarias, aguas termales y vertientes. 2.2 Muestreo de rocas Las muestras de nitratos fueron extraídas en su mayoría de oficinas salitreras abandonadas a lo largo de la franja este de la Cordillera de la Costa (Figura 1). En cuanto a las rocas sedimentarias se muestrearon principalmente lutitas (debido a su contenido orgánico) que afloran en la Depresión Central (Figura 1). 2.2 Muestreo de Aguas Para la recolección de los distintos tipos de agua el procedimiento fue el siguiente: La temperatura, el pH y la conductividad son medidas in-situ, posteriormente el agua es filtrada utilizando filtros Millipore de 0,45 µm y se almacena en botellas de polietileno de 1 lt para la caracterización geoquímica y el análisis de isótopos de I. Posteriormente, todas las muestras son refrigeradas para su preservación.

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2.3 Métodos Analíticos Las concentraciones de I y otros elementos (Cl, Br, Na, Li, Mg, Si, Ca, K, etc.) fueron medidas utilizando un ICP-AES de la Universidad de Rice, Houston. Posteriormente se midieron concentraciones de I mediante un ICP-MS de la Universidad de Gakushuin, Tokio. Para determinar las razones isotópicas 129I/I, el I fue extraído y precipitado como AgI, este procedimiento se realizó en el Laboratorio de Química del Departamento de Ciencias de la Tierra en la Universidad de Rice, Houston, Texas, utilizando el método descrito por Fehn et al., (1992). Las razones isotópicas fueron obtenidas mediante espectrometría de masas por aceleración (AMS) en el laboratorio PRIME de la Universidad de Purdue, Indiana.

Figura 1. Zona de estudio y sitios de muestreo.

3 Resultados 3.1 Concentraciones de I En la Figura 2 se presentan las concentraciones de I en los reservorios del Desierto de Atacama. Los valores más elevados se encuentran en los nitratos, alcanzando 2000 ppm en la zona de caliche de la columna definida por Ericksen (1981). En lutitas las concentraciones alcanzan los 80 ppm valor marcadamente alto en comparación a la media en la corteza de 1.8 ppm (Muramatsu and Wedepohl, 1998). En cuanto a las muestras de aguas las concentraciones más elevadas se encuentran en aguas subterráneas y de origen geotermal, el resto de las muestras no presenta valores por sobre el promedio en la corteza terrestre.

Figura 2. Concentraciones de I en el Desierto de Atacama. Los números representan los reservorios en la zona y las líneas segmentadas muestran las franjas de nitratos (al oeste) y zonas del arco volcánico (al este) que fueron muestreadas. 3.1 Razones isotópicas 129I/I Los primeros resultados de razones isotópicas de I se pueden observar en la Figura 3, donde los nitratos promedian una razón de 216,1 x 10-15 (at at-1). Las muestras de agua de mar presentan razones considerablemente mayores sobre el valor inicial en reservorios superficiales (Figura 3) (Fehn et al., 1986). Hasta la fecha existe sólo un dato de razones isotópicas en aguas subterráneas (Figura 3), este resultado se obtuvo de una muestra extraída bajo el campo de nitratos.

Figura 3. Razones isotópicas 129I/I en nitratos y otros reservorios, región de Antofagasta, Desierto de Atacama.

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4 Discusión La mayoría de los reservorios de I poseen una anomalía positiva con respecto a las concentraciones promedio en la corteza (Muramatsu and Wedepohl, 1998). Para alcanzar estos valores es necesario: (1) una fuente enriquecida en I, (2) que el I sea removido por fluidos desde la fuente hasta los reservorios superficiales por un prolongado período de tiempo y (3) que el I no sea removido de estos reservorios. Resultados preliminares de razones isotópicas (Figura 4), indican que el origen del I es consistente con una fuente profunda y no atmosférica como se había planteado anteriormente. En el caso de los nitratos la fuente correspondería a fluidos de poros de por lo menos una unidad geológica rica en contenido orgánico ubicada en el antearco, mientras que en el resto de los reservorios aún no es posible asegurar el origen. Se plantea que las aguas de poros pueden migrar desde la fuente y circular como aguas subterráneas hasta quedar entrampadas, en este caso, en la franja este de la Cordillera de la Costa. Posteriormente pueden ascender en respuesta a eventos tectónicos, Cameron et al., (2002) propone que aguas salinas profundas deshidratadas de rocas sedimentarias subyacentes al Desierto de Atacama pueden ser desplazadas a la superficie por tectonic pumping durante el período cosísmico debido a diferencias de presión. De esta manera el I ascendería con los fluidos precipitando en las franjas de nitratos. El Desierto de Atacama posee características hidrogeológicas, climáticas y tectónicas que han permitido esta acumulación de I e impedido su removilización, por lo cual se plantea que el I habría sido depositado en un ambiente hiperarido. Se plantea que el I almacenado en los sedimentos marinos subductados es liberado junto a los fluidos bajo el arco volcánico, manifestándose en superficie como aguas geotermales. Para corroborar esta teoría es necesario conocer las razones isotópicas en aguas de origen geotermal y en vertientes provenientes de la zona de arco (resultados próximos a ser obtenidos), estos valores indicarían la edad de la fuente, la cual se cree que coincidiría con la de los sedimentos marinos subductados. Una vez obtenidas las razones isotópicas será posible estimar cuantitativamente tiempos de migración de fluidos en el margen de subducción chileno (Fehn et al., 2002) mediante la fórmula (1). Rsub=Ri e

-λ (t-ts) (1) donde Rsub es la razón isotópica del I en la base de los sedimentos marinos, Ri = 1500 x 10-15 (at at-1) es la razón isotópica inicial en reservorios superficiales, λ = 4.41 x 10-8 años es la constante de decaimiento del 129I, t es la edad más antigua de los sedimentos subductados y ts

corresponde al tiempo transcurrido entre la subducción y el momento en que el I es almacenado en un reservorio.

Si bien no se puede asegurar con exactitud la edad mínima del I en aguas geotermales y vertientes, se sugiere una edad ca. 45Ma, correspondiente a la edad del slab en el norte de Chile (Tabbens y Cande, 1997). Para el I en los nitratos sólo se puede afirmar que la edad mínima de éste es de 80Ma (límite de detección del método), sin embargo se presume que esta edad podría ser jurásica ya que en este período se desarrollaron importantes cuencas en el norte de Chile, e.g. Grupo Caracoles (Mpodozis et al., 1993). El tiempo de removilización del I aún no está determinado, sin embargo se cree que estos procesos ocurrieron en un período extenso y en un ambiente geológico y climático similar al de la actualidad. Esto junto a las concentraciones de I obtenidas en aguas subterráneas indicarían que aún está ocurriendo el proceso de precipitación de I. Agradecimientos Se agradece el apoyo de la beca de Doctorado Nacional de Conicyt, al proyecto FONDECYT N°1100014 y al Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes (CEGA). Referencias Cameron, E., Leybourne, M., Kelley, D. 2002. Exploring for deeply

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