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Estudio de patrones geoquímicos regionales en sedimentos de drenaje entre los 19ºS y 21ºS - I Región de
Tarapacá, Chile. Jaime Barrera* y Juan Pablo Lacassie Servicio Nacional de Geología y Minería, Avenida Santa María #0104, Providencia - Santiago, Chile. *e-mail: [email protected]
Resumen. En base a un set de 1311 muestras de sedimentos de drenaje de la Región de Tarapacá, generado entre los 19°S - 21°S y desde la línea costera hasta los 69°W, se evalúa, define e interpreta la existencia de patrones geoquímicos a escala regional. El procesamiento de datos incluye cálculos estadísticos básicos y mapa univariable para cada uno de los 59 elementos analizados. Adicionalmente se realiza clustering por medio de la implementación de redes neuronales artificiales (RNA). Los resultados muestran una evidente segmentación geoquímica entre las principales unidades geomorfológicas. Destaca: 1.- Fuerte diferencia química entre la Cordillera de la Costa (CC) y las otras unidades geomorfológicas. Las principales anomalías positivas de la CC corresponden a Ca, S, P y Se. Se presumen como principales controles, factores geológicos y climáticos ligados al transporte y adsorción de iones desde camanchaca hacia sedimentos con abundante arcillas, óxidos e hidróxidos; además de la prolongada exposición a condiciones de hiperaridez y baja tasa de denudación; 2.- En la Depresión intermedia y Precordillera se presentan patrones antagónicos que representarían fases mineralógicas de rocas con mayor diferenciación (anomalías de Si, Al, K, Ba, Cs y Rb), y fases mineralógicas de mayor densidad (anomalías de Fe, Mg, Ti, Cr, Co, Ga, V y Ni); 3.- Hacia la Cordillera Occidental se presenta un patrón que se asocia a la señal geoquímica de roca fresca de edificios y secuencias volcánicas (anomalía de V, Fe, Ti, Mn, Cr, Co, Hf, Zr); 4.- Marcado patrón geoquímico que no presenta segmentación preferencial por unidad geomorfológica, y asociado fuertemente a zonas de alteración hidrotermal y/o de actividad minera (Cu, Cs, As, Sb, Bi, Hg, Tl, W, Cd y Ag). Finalmente, se analiza en específico la distribución de las concentraciones de arsénico (As), observándose zonas por sobre las concentraciones deseable para un desarrollo seguro de la biota, como la Qda. Camarones, Qda. Camiña o Tana, Qda. Tiliviche, Qda. Aroma, Qda. Imagua, zona alta de Qda. Yarvicoya, Qda. Guatacondo, y un área no despreciable de la Pampa de Tana y Pampa del Tamarugal. Palabras claves: Growing Cell Structures, anomalía geoquímica, camanchaca, contaminación, arsénico, exploración. 1 Introducción El Plan Nacional de Geología, que contempla el desarrollo de la cartografía geoquímica de Chile en manos de la
Unidad de geoquímica del SERNAGEOMIN, ha permitido levantar cuantiosa información en lo que respecta a geoquímica de sedimentos. La interpretación de la información ha revelado diferentes fenómenos asociados intrínsecamente a la naturaleza que se expresan en el registro químico superficial, como también al aporte del hombre y su huella geoquímica (Baeza et al., 2014; Astudillo et al., 2014). En este trabajo se presenta un estudio que reúne dos grandes bases de datos geoquímicos, utilizadas en la confección de los mapas geoquímicos de la Hoja de Iquique (Lacassie et al., 2012) y la Hoja de Pisagua (Astudillo et al., 2014). Con esta información, se evalúa, define e interpreta la existencia de patrones geoquímicos regionales. 1.1 Antecedentes En el área de estudio figuran dos grandes grupos de drenajes importantes: exorreicos y endorreicos. Los drenajes exorreicos se ubican al norte de los 19º30’S y los endorreicos hacia el sur hasta cerca de los 26ºS (Figura 1). En la zona de estudio se constituyen 4 unidades geomorfológicas, que corresponden de oeste a este: 1.- Cordillera de la Costa (CC), 2.- Depresión Intermedia (DI), 3.- Precordillera (PR) y 4.- Cordillera Occidental (CO). En la CC y DI se presentan climas desérticos con abundante niebla costera (camanchaca), casi nulas precipitaciones anuales y altas tasas de evapotranspiración. Estas condiciones climáticas durante el Cenozoico tardío, han permitido la preservación del relieve oligoceno-mioceno en la Cordillera de la Costa del extremo norte de Chile. Hacia la PR y CO se presentan temperaturas medias más bajas y precipitaciones que fluctúan entre 50 y 300 mm (INE, 2007). 2 Metodología 2.1 Recolección, preparación de muestras,
análisis químico Las muestras fueron recolectadas en un área de 27.500 km2, con una representatividad por muestra de 20 km2 aproximadamente, generando una malla de baja densidad.
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transportada hacia el continente por la niebla (camanchaca) (Schemenauer y Cereceda, 1992), bañando periódicamente los sedimentos superficiales de la CC, los que captarían el sulfato, acumulándolo en el tiempo y aportando a la señal geoquímica anómala. Las anomalías de la CC fueron interpretadas entre los 20° y 21°S por Lacassie et al. (2012) y en el presente estudio se extienden esas observaciones advirtiendo continuidad de la señal química hacia el norte, al menos hasta los 19°S (Barrera, 2013). La señal geoquímica que se presenta en la DI y PR es representada por los nodos 3, 4 y 6. El nodo 3 tiene predominio en quebradas de PR y presencia en la DI. Las mayores concentraciones corresponden a Si, Al, K, Ba, Cs y Rb. Se presume señal química reflejo de una mineralogía formadora de roca de facies más diferenciadas, producto del periódico flujo de detritos a causa del invierno Boliviano. El nodo 6 recoge anomalías positivas débiles de Fe, Mg, Ti, Cr, Co, Ga, V y Ni. Los factores involucrados en esta señal serían reflejo de: concentración de fases minerales densas producto de deflación eólica en DI y CC; alta tasa de erosión en PR y CO con meteorización química escasa y episodios fluviales periódicos importantes; selección y concentración gravitacional de fases minerales densas en muestras de drenajes. Las anomalías de Co, V, Ga y Ni se explicarían considerando características químicas y afinidad mineralógica (FOREGS, 2005). Se observa una rítmica alternancia entre los nodos 3 y 6 en las Qda. Camiña, Qda. Soga y parte de Qda. Chiza. El efecto zig-zag se interpreta como el resultado de efectos hidrodinámicos que segregan los sedimentos conforme cambia su densidad y también reflejaría la inherente heterogeneidad de flujos de agua y el transporte de los sedimentos asociados. El nodo 1 se presenta principalmente entre los 19ºS y 20ºS en la CO y en la alta PR. Presenta anomalía muy fuerte de V y altas anomalías de Fe, Ti, Mn, Cr, Co, Hf, Zr. La zona involucrada presenta: abundantes precipitaciones, amplitud térmica con temperaturas < 0°C que permite crioclastia; una topografía abrupta que facilita escurrimiento y regula disponibilidad de agua; una alta tasa de denudación (Kober et al., 2007) y de producción de sedimentos que en general no presentan una meteorización química avanzada. Todo esto configura un área donde los procesos de disgregación física son muy activos en relación a meteorización química. Se interpreta como señal directa de la geoquímica de rocas frescas de secuencias y edificios volcánicos. Las anomalías positivas principales del nodo 4 corresponden a: Cu, Cs, As, Sb, Bi, Hg, Tl, W, Cd y Ag. Adicionalmente se reconoce un gran set de elementos que son considerados pathfinders de zonas mineralizadas epitermales (Au, Ag, Hg, Bi, Mo, Pb, Sb, Tl y Zn) y pórfidos cupríferos (Cu, Mo, Au, Ag, Ni, Zn, Pb y W). Se
observa que la ubicación espacial de este nodo reiteradamente se correlaciona con la existencia de actividad minera, y por ello se considera que en buena parte, este representa las zonas con alteraciones hidrotermales y zonas mineralizadas o en el caso de la DI, el depocentro donde se aloja el material transportado desde esas zonas. 3.2 Arsénico (As) El As es un elemento requerido por el cuerpo humano en cantidades muy pequeñas, y su concentración excesiva genera efectos nocivos. Las concentraciones de As mínimas que podrían generar afecciones a la biota circundante deben superar las 33 ppm de acuerdo al parámetro PEC propuesto por MacDonald et al. (2000). En el mapa de distribución de concentraciones (Figura 2) se aprecian importantes zonas que superan el umbral de toxicidad, entre ellas varias de las principales quebradas de la zona de estudio, entre las que destacan: Qda. Camarones, Qda. Camiña o Tana, Qda. Tiliviche, Qda. Aroma, Qda. Imagua, zona alta de Qda. Yarvicoya, Qda. Guatacondo, y un área no despreciable de la Pampa de Tana y Pampa del Tamarugal. En la CC hay altas concentraciones de As desde la zona suroriental del Intrusivo Pisagua hasta el Complejo intrusivo Huara, conectando continuamente esta señal con la Pampa del Tamarugal. La señal geoquímica de As proviene desde lo alto de la Cordillera de los Andes, específicamente de las litologías volcánicas; centros eruptivos y depósitos volcanoclásticos cenozoicos, que son drenados periódicamente y conducidas por las quebradas afectadas hasta el depocentro en la DI. Las altas concentraciones de As, consideradas inadecuadas para el normal desarrollo de vida, podrían afectar a las poblaciones locales debido al permanente contacto con estos sedimentos y la interacción que tienen estos últimos con las fuentes de agua locales y por consiguiente, con los cultivos locales. En efecto, se ha constatado en osamentas de momias prehispánicas extraídas de la Quebrada Camarones, que un importante número de ellas presenta espina bífida, condición producida por la interrupción en el proceso del cierre del tubo neural y a la que se le asocia una causa preponderantemente multifactorial y un significativo componente ambiental. En el trabajo de Silva-Pinto et al. (2010) se atribuye esta reiterada condición de las osamentas, a un envenenamiento natural en humanos producto del contacto constante con sedimentos y aguas con altas concentraciones de As. Cerca de un 13,5% de las momias analizadas presentaron esta condición, a diferencia del 2,4% de momias pertenecientes a otros valles con ausencia de la contaminación natural de As. Finalmente se generan interrogantes respecto al desarrollo de actividades agrícolas sobre sustratos sedimentarios y aguas probablemente inadecuadas para la actividad, como el caso de la Quebrada Camarones por la documentada contaminación de As.
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