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VI 'CONVBNCI(IIN NACIONAL i E .GEQLOGIA . < . .. .

ORURO - BOLIVIA Octubre 1978

E L , CUADRO GEOQUIEffCO DE LAS CUENCAS EVAPORITIGAS DEL ALTIPLANO B O L I V Z W

Franyois RISACJ3EI.t Convenio UMSA-ORSTOM

Cajdn Pos-baf 8714 LA PAZ - BOLIVIA

w I ' , t I

I TraduccidnGevisetda t le l a publicacidn : E3 Le cfcdys gthchimigus des bayaina Le'yaporites des h d e a bblivienaes

'\ Cahiers ORSTOM, Sbiction Ge"ologie, Vol, 90, a!$ 1978 I I

'L~~.TIVERSÏDAII MAYOR DE sm RES I

. - - ---__ - Inst i tuto ,he Geodindmica y Limnologia ORSTOM Documentatm

- -- . - . v .

Ex :

E l cuadro gei ieral de las cuencas e v a p o r i t i c a s d e l Al t ip la r io

bol i t r isno e s t & descrito f ly inera Oe acÙdi*do con d u h i s i o r i a Cua te rna r i a recibkitL, iiesyugb Ztn l a . i*elai:ión can e l qtiimisino

de l o s mamantiales y r i o s que s e concentran en esas cueilcas,

Las e,,guas du lces d e l Norte d e l f-iltiplano, en zonas sedinen-

t z r ias , s e concentrail normalmente de acuerclo c o n sus prop ias

composiciones qu in icas . Esas aguas producen salmueras c loro-

s u l f a t a a a s sód icas . Las aguas c?nPces d e l Sur d e l i l l t i p l a n o ,

en zonas volc6nicas i c i d a s , deber ían d a r , concentr&dLose a

pa r t i r d e sus composiciones i n i c i a l e s , s a lnue ros carbonata-

das sóclicas, l o que s e produce excey iona lmen te . General-

mente s e obt ienen salmueras c loro-su l fa tadas s6d icas . Se

puede cons ide ra r lz, h i p ó t e s i s de u m i n t e r a c c i ó n : agua-sedi-

mentos. L a o x i h c i 6 n de l o s s u l f u r o s , las neoformaciones

a r c i l l o s a s , a par t i r d e l abundante m t e r i a l amorfo, a s i como

l e r e d i s o l u c i ó n d e l yeso, pueden mo8i f icar f a evoluc ión nor-

m a l de esas aguas. Tomando e n cuenta que al p r i n c i p i o de SU

h i s t o r i a l a c u s t r e es38 cuencss conten ían s ó l o pocos sedimen-

t o s , es p o s i b l e cjue e l quinismo de l o s sals?res d e l Sur haya cambiado en e l c u r s o &e l Cuateraar io ,

I

CI: yLas formaciones evaporiticas recientes y actuales (salares) se en- cuentran en el Altiplano, gran cuenca plio-cuaternaria elevada (3.700 m hasta 4.600 m) ubicada entre l a s Cordilleras Occidental y Oriental de los Andes (fig, 1).

La altura Varga, de 3.500 m en el fondo del lago Titicaca (nivel del agua a 3.810 m), a 3.650 m en la zona de Uyuni y CoXpasa, y se eleva hasta 4.600 m en el extremo Sur. La geologia corresponde a una amplia cuenca. sedimentaria continental, afectada por un intenso volcanism0 re- ciente,, En el Norte, zonas c?e piedernonte, de terrazas y de pedimentos, se apoyan sobre anticlinales con ejes de direcccidn Norte-Sur de forma- ciones sedimentarias (arenisca, a menudo yesffera, cuarcitas, conglome- rados con clastos de rocas volcánicas) y volcano-sedimentarias interca- ladas (tobas, cinesitas, ignimbritas), El Sur est& afectado intensamente por el volcanismoc Las lavas son ácidas (andesitas - dacitas - riodaci- tas), (FERNANDEZ et al., 1973;' THOWE et al., 1976). Ampaias copas de ignimbritas cubren a menudo toda una vertiente, . Es comh encontrap ya- cimientos de azufre que son dtarx?nte ex2lotaCos. Los volcanes del Sur unen las dos Cordilleras en una sola, en la cual se han individualizado numerosas pequeiias cuencas intravolcánicas, completamente independientes del resto del Altiplano (LIPEZ).

El clima se caracteriza por una estación húmeda y relatívamen%e çd- lida en el verano (noviembre-abril), y por una estacibn seca y f;rfa,en

el invierno (mayo-octubre). No tenernos datos meteorológicos preeigq, pero podemos hacer algunas estimaciones a partir de los datos C O Z ~ Q ~ ~ & O S

del sitio de La Paz, al Norte , y de la Puna argentina, al Sur. Las pre- cipitaciones son de 600 mm anuales al Norte (paralelo 17) y descienden hasta I C 0 mm anuales al Sur (paralelo 22).

el invierno pasan de 10°C al Norte EL 25OC en el Sur, anual, para toda la cuenca se estima en un promedio de 2 m.

Las temperaturas mfn5mas. en La evaporscidn

En el Norte las precipitaciones relativamente importantes bastan para alimentas: l o s r i o s y los lagos (Titicaca, PoopÓ). En las zonas

- 2 -

meridionales numerosas manantiales de aguas dulces alimentan las cuencas intravolcánicas, Sus altos candales, las bajas prec,ipitaciones hacen m&s bien Z e i i s G r en antiguas capas de agua que se descargan, siendo par- cialmente realimentadas cada año por las precipitaciones, Tambie'n exis- ten, en todo el Altiplano, numerosas fuentes kermales cuyos quinismos son similares, generalmente, a l o s de las aguas dulces, superficiales.

Hasta la fecha esos salares han sido muy poco estudiados, AHLFELD

(1956, 1958, 1960) describfo algunos salares carbonatodos sódicos, así como la geología general de la zona.

2. Relaciones de l o s saAres con la historia cuaternaria

En el Cuaternario extensos Pagos han cubierto sucesivamente c@si todo el Altiplano (SERVANT et PONTES, 1978),..

tado en las distintas fases lacustres (SERVMdl!-VLLDN1S, 1978) El lago Taucn (12,000-10.000 BOY.) que representa la Última extensión, tenfa una salinidad de ma's o menos 20 g/l, Por efecto de la evaporacign, l a s sales se depositan o sea por sedimentacidn química a partir de una capa de agua supekficial que se seca (dep6sito singen&tico), o por evaporacidn capi- lar a partir de una capa de agua subterránea (depósito diagenético).

Sus salinidades han aumen-

Es muy probable que esos antiguos lagos, mientras cubrfan el Alti- plano, hayan depositado sedimentos detriticos arcillosos que colmaron poco a poco el fondo del Altiplano, reduciendo asi las infiltraciones en las potentes formaciones plio- uaternarias de la cuenca. Entonces l o s

lagos sucesivos se han concentrado progresivamente, a la vez por la re- duccidn de las infiltraciones y por la redisolución de las sales deposi- tadas por el lago anterior. E l mismo fenómeno se ha producido también en las pequeñas cuencas intravolcáhicas del Sur e

Los sedimentos no salíferos de los salares dependen del contexto geológico, En las zonas sedimentarias del Norte del Altiplano l o s sedi- mentog lacustres son esencialmente detriticos, más o menos carbonatados. En Jayu Kkota (Fig, 1) predominan la montmorillorcita, (80%) y la illi'ta

- I

(20%).

cipalmente p o r la illita y la lrsolinita (BOULANGE et al,, 1978). Los

sedimentos de l a s cuencas intravolcánicas del Lipez contienen grandes

Los sedimentos arcillosos del lago Poogd estin constituidos prin-

c

. .

i

- 3 -

I *

cantidades de material amorfo (vidrio volcAnico) r i c o en silice (607- 70%) que parece reorganizarse en una esmectita mds o menos magnesifera { Vontmorillonita ma1 cristalizada").

En el estado actual de nuestros conocimientos, se puede esbozar, a

partir de l o s trabajos de M. Sl3RV.&VT, une clasificacidn de los salares basada en s u historia lacustre. Las fases terminales de l a sequin del extenso lago Tauca se carqcterizan por una sedimentacidn quimica que deposita, en el fondo de la cuenca altiplAniCa la mayor garte de las sales de l o s salares de Uyuni y de Coïpasa, Las variaciones de altura de l o s extensos lagos pueden producir derramientos temporales de sus aguas en cuencas adyacentes m6s elevadas y bien individualizadas; pro-

bablemente es el caso del salar de Empexa. En el curso de la sequfa del lago Tauca pequeñas cuencas cerradas o semi-abiertas han podido individualizarse en l a s orillas. Las concentraciones salinas se forman s o b r e todo por evaporacidn de la capa fredtica y ya no por sedimentscidn quimica; tal es el caso &el Salar de Jayu Kkota. En l a s zonas volc6niccts elevadas del Sur, lagos independientes dejaron pequeñas cuencas salffe- ras bien individualizadas, Se trata de l o s salares del Lipez. Final- mente conviene seíïslar la existencia de un quinto tipo muy peculiar de salares, que se puede constituir en el fondo de crateres volcinicos, depresibn crea una ventana encima de la capa fredtica, la cual, evapo- rândose, puede depositar Lao sales.

LS

3 , Tentativa de interpretaci& de l o s facie's geoqufmicos

Vamos a tratar de esbozar lina correlación entre'el contexto geold- gico y la naturaleza de las sales que se han depositado o que se depo- sitan actualmente en los salares. N o s basaremos en los trabajos de GARRELS y MACKENZIE (1967) y de HARDIE y EUGXTER (1970) que 4aa estu- diado la evolucidn de las aguas en Las cuencas cerradas. Utilizaremos sobre todo los métodos descritos por estos dos Últimos autores, aplicdn-

dolos a los primeros resultados analiticos de las aguas del Altiplano.

El cuadro 1 da la& composiciones auhicas de l e s aguas dulces que penetran en l o s salares estudiados, E l cuadro 2 indica las composiciones d e las salmueras de esos mismos salares, La figura 2 presenta el con-" te2to general de los salares del Lipez (menos CoBlpa-Laguna : Fig. l),

- 4 -

La composición de todas esas aguas está representada en diagramas trian- gulares en la figura 3.

a) Dicotomia fundamental : la precipitaci& de la calcita

El punto fundamental de la evolución del yuimismo de una agua que se concentra por evaporación es la precipitación muy precoz de la cal- cita. Si no tomamos en cuenta l o s óxidos de hierro, y si admitimos que no se produce ninguna neoformacidn arcillosa, la calcita es el primer mineral de importancia que se precipita, (Veremos posteriormente l o que pasa en el caso de una precipitación : calcita-arcilla). En el curso de la doncentración, su precipitación depende de dos condiciones :

- l o s iones ca1ci.o y carbonatos s o n eliminados de la solución en l a ruisna

- el producto de actividad iÓnica : a CaS+ a CO - debe quedar constante relación eqgimolar

- 3

en la solución,

Para que este producto se mankenga constante cuando Ia concentración +-I- - -

total de la solucidn aumenta, a CO3 ce y reciprocamente. Tenemos entonces dos trayectos evolutivos diver- gentes : uno que se traduce por un enriquecimiento en Caf+ y un empobre- cimiento en CO , y el otro que da cuenta de la evolucidn inversa, Este trayecto va depender de la relación initial entre las concentraciones en calcio y carbonatos.

debe disminuir mientras a . C a cre-

- - 3

Se debe tomar e n cuenta a la vez l o s carbonatos (CO =) y l o s bicar- bonatos (HCO ”) que pasan a carbonatos en el curso de la concentración. Las concentrgciones en carbonatos deben ser todas calculadas de nuevo a la presi6n parcial ’ ’ ~ ~ ~ disuelto. en las aguas gulces de l o s manantiales son muy variables (casi siempre en exceso con relacidn al P atmosf6rico). Esta presión par- cia1 en CO2 controla la repartición entre carbonatos Cuando esas aguas entran en contacl;o con la atmósfera una parte del CO2 disuelto sale dd l a solución l o que produce un desplazamiento del equi- librio ; HC03-‘ - CO

ciÓn en CO valor corresponde efectivamente a la concentración real presente en la

3

3

de le atnbs’2ern. En efecto l a s cantidades de GO2 cir,

CO2 y bicarbonatos.

- - en& lado : HC03+ CO -. Es esta nueva concentra-

- 3 3 - que se debe considerar en los cálculos, porque este Último 3

so luc idn d e s p d s de l a s a l i d a d e l CO2,+

Los cd lcu los d e t a l l a d o s s e encuentran en e l anexo. La r e l a c i d n i n i -

c i a l considerada e s :

"m" r e p r e s e n t a las molalidad-es (mM/kgH20).

pende de P t o t a l , T y PCo2,,

a l t u r a y T = 10°C para todos l o s cd l cu los . Entonces : K =

K e s una cons tan te que de-

= a 4.000 m de O

CO2 Hemos tomado : P

O

S i R.) 1 : l a s aguas se van a empobrecer en carbonatos y enr iquecer

en c a l c i o .

S,i R.< 1 : las aguas s e van a enriquecex+-en carbonatos y elrnpobrecer

en c a l c i o .

En 1% p r & c t i c a , conviene mas f i g u r a r l a s composiciones de las aguas - -

en un diagrama l o g m Ca"; log m CO

v id ido en dos zonas por l a curva de equación : m Ca+' = m C O 3 - f K

ponde a R 2 1 y l o s por debajo a R <1.

( f i g . 4) . Este ,d ïagráma e s t á d i - 3 -

O -= - G C 0 3 , que corresponde n R = 1, Los puntos encima de e s t a c u r v a cor res -

i

Las aguas cuyo punto f i g u r a t i v o e s t á ubicado en e l s e c t o r R > 1 ten-

drdn entonces que evolucionar teor icamente, h a c i a salmueras de t i p o : NEL - (Ca ) - C l - SO4 ( ch lo r0 - s u l f a t a d a s s ó d i c a s ) . L a p r e c i p i t a c i ó n

de l a c a l c i t a ngo.ba casi- t o d o s , l o s 2. carbonatos .: de l a so luc ión . (Uespue's

l a p r e c i p i t a c i ó n d e l yeso genera también dos nuevos t r a y e c t o s p o s i b l e s

según l o s v a l o r e s r e l a t i v o s de Ca

B r a l a s aguas en zonas sed imentar ias , más r i c a s en c a l c i o , Es e l caso

.de S a l i n e Val ley (HARDIE, 1968) y de l Great S a l t Lake en l o s Estados Uni-

dos.

++ y SO4=). Generalmente eso ocurre

Las aguas cuyo punto f i g u r a t i v o e s t 6 ubicado en e l s e c t o r R d . 1 ten-

dran que evolucionar , teor icamente, h a c i a salmueras de t i p o : Na - CO3 - C 1 - (SO4) (carbonatadas o chloro-carbonatodas so 'dicas) .

menudo pa ra las aguas en zonas c r i s t a l i n a s , Pa s e han r e a l i z a d o v a r i o s

e s tud ios de e s t e caso : e l lago Magadi (Kenya) por EUGSTER (1970) y JONES ana al. (1977), y e l lago Chad por T4iîGLIONlC (1974).

Eso ocurre a

La a l imenfac idn d e l

Fig. 3 : a = Jayu Kkota; JAK 1 b, c, d, e, f = Pastos Grandes; TAG : 1, 2, 3 , 4, 5

1 . g , h = Capins ; CAP 1, 2 i, j = Cañapa; C M 1, 2 Ir = Cachi Laguna, CAL 1 1, m = Collpa Laguna; COL 1, 2

1 : Salmueras de Jayu Kkota, Capina y Uyuni 2 : Salmuera de Cañispa 3 : Salmueras de Cachi Laguna y Collpa Laguna

Los análisis completos estan en el cuadro 1. El alinsniento d e l o s puntos en el dictgrnma cationico indica que la r e l a c i ó n molar Ca/Mg d e las aguas del Lipez es cons- tante ( m ~a++/m ~g++ = 1 , ~ ) ~

- I

I

c

' . ...

c

Ca

I I

- 6 -

lago Chad se hade sobre todo a partir de las aguas del rio Chari las cuáles se originan en las serranias cristalinas del Sur (granito-gneiss). El lago alimenta capas fredticas por debajo de las dunas que lo bordean; la intensa evaporación cle esas aguas p o d m e costras de carbonatos de sodio. Los puntos representativos de l a s aguas del Chari y&l lago Chad están marcados en la figura 4 (ROCHE, 1973; CkRMOUZE, 1976). ~

Hemos señalado en la figura 4 los puntos representativos de algunas aguas dulces del Altiplano. L o s puntos representativos de las aguas del Titicaca y de sus tributarios han sido calculados a partir de las--datos de CARMOUZE et al. (1978).

Primero se nota que las aguas dulces del Norte del AltipXmo. (+Titica- ca, Jayu Kkota) quedan todas en el sector R > 1 . Esas aguas provienen mayormente de zonas sedimentarias ricas en arcillas y areniseas yesffe- ras, eh decir ricas en calcio. Los' salares de esta parte del Altiplano tendrian que ser del tipo Na - ( C a ) - C1 - SO4.

¿!el salar de Jayu Kkota cerca del lago PoopÓ. E l saler de Uyuni, que proviene de la 'sequis de lagos extensos alimentados mayormente a partir de las zonas sedimentarias del Norte, y que constituye el término Último del sistema Titicaca-Poop6-Uyuni, es efectivamente un salar de tipo N a - C1 - SO4.

Es efectivamente el caso

Se nota después que, con excepción del salar de Csñaya, todas l a s

aguas dulces del Lipez que han sido analizadas, quedan en el sector R < 1 ,

lo que corresponde bien a la composición Acida de los volcanes. Entonces se deberisn observar salares carbonatados sódicos. Pero en realidad esos

constituyen una muy pequeña parte de todos los salares del Sur. Sola-

mente se conocen 5 salares carbonatados sÓdicos por unos treinta lagos o salares. Hemos marcado con una flecha las aguas que evolucionan efec- tivamente "hacia tales facie's (Cachi-Laguna y Collpa Laguna) . evolucionan hacia facie's cloro-sulfatados sddicos : Na - (Ca ) - C1 - SO4.

r'

L o s demás

Se puede pensqr, primero, que'ests inversich de la evoluci6n se debe a la precipitación, tambie'n muy precoz, de silicatos magnesiferos, HARDIE y EUGSTER (1970) han puesto en evidencia la influencia de la precipitation de la. sepiolita sobre la evolución de las aguas. Se podrrifa considerar

la neoformación de un otro tipo de arcilla (10 que se produce muy a me- nudo) # $ero eso no cambiaría fundamentalmente las consideraciones expues- tas mds abajo, La precipitacidn de ln sepioleta se puede escribir :

2 Mg++ + 3 SiOz + ( n + 2 ) H20+ Mg2Si308, nHZO + 4 H 3-

f Iiay formación &e iones EI que pueden neutralizar una parte de l o s carbo- .natos y bicarbonatos :

- 3 i- Hf-+ ەCO

HC03 + H -.-+ CO2 + H20 3

c +

En este caso no se debe considerar más la relacibn R definida arriba, sino la relación :

Podemos figurar l a s composiciones de las aguas en un diagrama : - -

l o g m COg ; log (m CaSf + m Mg"), dividido en d o s partes : R ' R ' < 1. Pero este diagrama sblamente puede ser utlizado a l principio de la precipitación de la sepiolita, porque una parte del calcio puede ya haber sido eliminado de la soluci&, Se debe normalmente calcular la composicidn de l a s aguas en el c u r s o de la evaporación hasta el punto inicial de la Co-precipitación de la calcita y de la sepiolita, y entonces figurar el punto en el diagrama, Las aguas cuyos puntos caen en el sector R ' b- 1 evolncionaran hacia facie's de tipo Na - (Ca ) - C1 - SO4, y las que caen en el sector R ' < 1 se volveran del tipo Na - CO3 -

1 y

c1 - (s64) b

Esos cálculos son complicados y pueden necesitar la ayuda de una computadora, Empero, en nuestro caso, el conocimiento de la composicieh qufmica inicial del agua nos puede permitir de concluir fdcihente, efecto, si el punto representativo inicial de una agua en el diagrama l o g (m Ca++ + m Mg se encuentra por debajo de la curva

R ' = 1, nunca podrd este punto atravesar la curva R ' = 1 por el simple efecto de la evaporación o de la precipitacidn de la calcita, El punto figurativo de una agua que se evapora sin precipitar nada se desplaza

En

- ++ - ) ; log m CO 3

~

Pig, 4 : Los c i r c u l o s l l e n o s f i g u r a n l o s manant ia les d e l Lipez ( A l t i -

p lano Sur) .

PAG = Pas tos Grandes

CAP = Capina

CAN = CaEapa CAL = Cochi Laguna

COL = Collpa Laguna

Los numeros s e r e f i e r e n a -a f i g u r a c. y a l cuadro e

Los c i r c u l o s vac ios f i g u r a n las aguas du lces d e l NoPte Idel

A l t ip l ano ,

TT = T i t i c a c a

S = Rio Suchez

C = R i o Coata

I = Rio I lave

R = Rio R a m i s

H = Rio Huanbana

JAK = Jayu K k o t a

E l s e c t o r R

f a c i e s c loro-su l fa tado sódicos y e l s e c t o r R < 1 SL aguas

que solucionan h a c i a f a c i e s cnrhonatados sbdicos. L a s $le-

. has ind ican las aguas d e l s e c t o r R < 1 que evolucionan

normalmente después de la p r e c i p i t a c i d n de l a c a l c i t a .

(ere debe n o t a r que R = 1 es una curba y no una r e c t a ) .

> 1 corresponde a aguas que evolucionan h a c i a

I,

- 8 -

paralelamente a In curva R t = 1, Caundo precipita la calcita, el punto se aleja de la curva.

Entonces basta constar que los puntos representativds iniciales de las aguas del Lipez (menos Cañapa) se encuentran p,or debajo de la curva lX1 = 1 antes de toda evolución p o r evaporación (fig, 5). Entonces la preCipitqti6h de silicatos magnesiferos no puede cambiar la evolución te6rL'ca hacia un facie's carhonatsdo-sddico p o r un facids cloro-sulfatado s6dic0, que e s el que efectivamente se observa, explicar el porvenir de esas aguas so1ament;ei a pqrtir de sus composi-' ciones quimicas iniciales. explicar la modificación de sus facie's qyTmicas.

I

Entonces no se puede

, Se debe considerar',,una acción exterior pera

b) Hipótesis de una interacoión ; amxas-sed&a.tbs

/

Tenemos ahora que hacer algunas hipo'tes'is. Empero, una observacidn de campo nos parece fundamental : l o s salares carbonntados sd¿licos, es decir l o s que evolucionan normalmente's psrtir de sus aguas dulces de alim"entacihn, se encuentran todos en zonas elevadas (4.500 m) sin se- dirrrentos lacustres en sus bordes y con'pocós sedimentos en el salar

mismo. %n realidad son mis bien lagos cuxos fondos arcillosos, de poco espesor, sirven más para impermeabiliiar la cuenca que para constituir una acuffere. A 1 contrarió l o s salares> loro-sulfatados so'dicos (Pastos Grandes, Capina, por ejemplo) con%ienen niveles muy potentes de sedimen- tos arcillosos, arenoso-arcillosos y-salíferos (prabablemente más de 100 m a Pastos Grandes).. les, generalmente a muy poca profundidad (8 a 2 m) y a veces por encima, constituyendo localmente pequeños lggos, especialmente en las partes centrales de los sdlares, Entanc.as en estos salares las aguas se en- cuentran en su mayor parte en cont{acto casi permanente con los sedimentos que cons-bituyen una inmensa acuffera.

Las capas &e aguas se encuentran dentro de esos nive-

i

La interaccidn de 1os.sedïpentos y de l a s sguaa aparece como un fac- tof esenc?&f' para l o s salares cloro-salfatados s6dicos y un factor poco importante'para l o s salares carlionatados sódicos;. CunnBo l a s aguas de los

I

1 manantiales y de los r i o s penetran dentro de esos sedimentos, varfos fe- nómenos de interaccïón pueden o c u r r i r ,

I I

I ':

L

L a oxidación de l o s xul furos , abundantes en l o s sedimentos 3 p s ~ las f aguas du lces produce un dohLe e f e c t o : una l i b e r a c i d n de iones H que

pueden I i e u t r a l i z a r una p a r t e de l o s carbonatos y bicarbonatos de l a s

aguas du lces ,

vienen de l o s sedimentos,

un enriquecimiento de l a so luc idn en s u l f a t o s que pro-

c - e Esquemáticamente : H2S + 4 H O-+ SO4- -t- 10 H' f 8 2

-. - HS- + 4 H 2 0 4 SO4- 3- 9 H+ + 7e

- seguido de : € K O 3 -I- H+ -+CO2 -F H20

- ++ - /(m CO, Eso puede producir una i n v e r s i d n de l a r e l a c i 6 n R = m Ca

O

J

La reorganiaac idn en a r c i l l a s de las grandes cant idades de m a t e r i a l

amorfo ( v i d r i o volcdnico) que s e encuentran en l o s salares, . produce la

l i b e r a c i ó n de iones H+'ique peuden n e u t r a l i z a r urla p a r t e de l o s bicarbo-

na tos y carbonatos l o que tambie'n puede cambiar e l v a l o r de R , Por

ejemplo tenemos la r eacc ión d e c r i t a por CAFiMOUZE (1976) en e l lago Chad ;

+ 4,40 H20 seguida de : H+ + € K O 3 3t CO2 -k H20

La d i s o l u c i ó n d e l yeso puede aumentar l a concentración en Ca++ l o

E l yeso es un mineral muy abundante que tsmbie'n a f e c t a el valor de IZ.

en c a s i todos l o s s a l a r e s . Su formacidn s e produce o sea a pa,rtir de la seguia 'de un an t iguo lago, o s e a p o r evaporacidn c a p i l a r d e une capa

de agua más profunda.

Es muy probable que s e podrjn encont rar otras h i p ó t e s i s ( a c t i v i d a d

orgdnica, por ejemplo).

punto importante , l o s fac ie ' s químicos de las s a l e s que s e depos i t an e s t t h

Pero parece que d e todas manera, y e s o e s e l

Fig , 5 : b, c, d, e, f = Pzstos Grandes; PACT 1, 2, 3 , 4, 5

g, h = Capina; CAP 1, 2 k = Cachi Laguna; CAL 1

1, m = Collpa Laguna; COL 1, 2

El sector RI > 1 corresponee a aguas que evolucionan hacia facies cloro-sulfatados sócC?icos y el sector P,' < 1 corres- ponde a aguas que evolucionan, teoricamente, hacia facies

carbonntados sódicos. Las flechas indican las aguas que

evolucionan normalmente segtín sus composiciones qufmicss.

9

. . .

c.

1

- 10 -

sagados a l a h i s t o r i a sedimentológica de las cuencas. Un problkma .a te -

r e s a n t e s e r í a r e c o n s t i t u i r e l estailo de esas cuencas e l p r i n c i p i o de s u s

h i s t o r i a s l a c u s t r e s , cuando e sas conten ían todav ia pocos sedimentoar

Las aguas de l o s manant ia les probablemente no han cambiado d e comgosi-

c i ó n quimica en e l curso d e l tiempo, pero ï a impor tanc ia d e l con tac to

aguas-sedimentos t i e n e que haber aunientado. Es pos ib l e que I n s s a l e s que

s e depos i taban a l p r i n c i p i o d e l r e l l e n o de l u s cuencas poco despuds de

sus ind iv idua l i zac iones , hayan s i d o c l i fe ren tes d e las que s e deposi tan,

actualmente, Pas tos Grandes y Capina e ran t a l v e z s a l a r e s carbonatados-

sódicos .

c ) Presenc ia de azu f re en l o s v e r t i e n t e s de las cuencas

Nos fa l t a cons ide ra r e l caso d e l sa la r de Cañapa, Los puntos repre-

s e n t a t i v o s de sus d o s manantialeg p r i n c i p a l e s e s t a n en e l s e c t o r R > 1

d e l diagrama de la f i g . 4. Esas aguas evolucionan normalmente h a c i a fa-

cie's de t i p o Na - C 1 - SO4,

t i e n t e s de l a cuenca d e l salar de Cañapa cont ienen grandes can t idades de

azu f re .

una parte d e l o s b icarbonatos de las aguas du lces ,

En In f i g u r a 2 podemos observar que l o s ver-

E s probable que l a oxidación d e l azu f re en s u l f a t o s n e u t r a l i z a

seguido de :

I - e So + 4 8 O -+SO4- i- 8 H + + 6

2

- €I+ + m o 3 4 COz' + EI o 2

Es te mismo fenómeno puede ocupr i r en o t r o s salares, como en b 1 de

Empexa, cuyos v e r t i e n t e s mer id iona les s o n muy r i c o s en azu f re , Uhs de

l o s manant ia les ( t e r m a l ) m6s importari tes en e s t e s e c t o r t i e n e un p H de 1

1 , 5 . - 1 I

d ) Segunda dicotomia : l a p r e c i p i t a c i ó n d e l yeso

Hasta ahora hemos considerado solamente l a pr imera e t apa d e l a evo-

l uc ión d e una agua que s e concent ra por evaporación, e s d e c i r l a p rec ip i -

t a c i ó n de l a c a l c i t a o l a Co-precipi tación de l a c a l c i t a y d e una a r c i l l a

neoformada ( s e p i o l i t a , p o r e jemplo) ,

Después de l a p r e c i p i t a c i ó n de l a c a l c i t a , la p r e c i p i t a c i ó n d e l yeso

slzr

JAK 1 PAG I PAG 2

P l G 3 PAC 4

PAC 5 CAP- 3

CAD 2

CAT? 1

CAN 2

CAT, I cor, I

COT, 2

-

Alcal. c1-

1.41 0,158 O 293 0.110

1 067 15-8

O .o56 0.75 6 4 2

7 .63

0,104

0,183

O 6 237

B

o .o 0.030

0 040

0,029

O .O30

O, 18

O .O52 0,12

0,09

o. 10

0,030

0.037

O ,046

K+

o 248 O .O42

O ,065

O o 042

0011

1 .o9 0.076

O o 266 0,412

0,522

0.286

0,077 0,072

Li+

&adro 7 : A”‘.ALISIS. DE A,LGUNAS AGUAS DULCES DEL ALTIPLANO BOLIVIANO - O t r o s valores en mM/kg H20 (molalidades) 4- Alaalinidad en meg H /kg HgO

JAIL = Jayu mota

CAL = Cachi Laguna

PAG= Pastos grandes CAP= Capina

C& Collpa Laguna CAN = Canapa

U cà

1.66 O o 224

0. 170

0.170

0.0823

0,509 0,110

0.459 1 .o8 7.50

0,757 0.114

0.102

- Mg++

0,152

0 ~ 1 5

0,132

0.121

O, 066

0.365 0.081

o. 267

0.675

0.741 0.111

0.086

0 *O74

Jayu Khota

U y u n i (Sur)

Pastos Grandes

Capina

Canapa

Gqchi Laguna

Collpa Laguna

Densidad

1,125

1.208

7 0158

4 0020

I .I48 1.044

7.037

l lcal in& dad

2.08

8.83 10.4

1.2~5 1 2 ~ 9 840

565

c1-

3450

6080 4620

492 38 60

345 189

- SO4-

35 O 3

6309 2002

2 002

203

8.38 4.96

B

1630

37 .o 3604 26,1

62,9 20.4

9.12

0 0434 0,291 1 *23 0.482

I 152 2.51

5360 258 5510 238 3 73 3707 3260 333 929 191 748 32.4

Guadi?~ 2: Composiciones quimicas,,de almas sa lares de l Altiplabo boliviana,

+ Alcalinidad en meg H /kg H20

Principales minerales de- positados

(La l e t r a en t re pareatesis w i e r e dec i r que hay mu.y poco mineral depositado) 8

-- ,i+-

5.0

66,7

270 28,l

112

26,l

0.03

ff Ca

85.6

31 02

7500 200 1

16,3

0025

Ó, 18

I 03

347 150 1008

7500 0.017 0.013

minerales depositados

Y - H - (M) H - S

Y - U - H Y - U - H

Y - M - TH -I N - ' I "

i\T - TN

Y: Yeso: CaSO 2.H2Q

U: Ulescita: N a C a B O, ; 8 -H20

H : Halita: N a C l

,?-: Sylvita: KC1

M: l i r a b i l i t a : Na2S04. IO H20

TH; Thenardita: Na2S04

N: Natron: N a GO 10 E20

'I": Thermonatrita: Nazco3. H20

4.:

5 1

2 3.

I I

l

es o t r o punto importa,nte en la e v o l r - i ó n de las aguas no carbonatadas S6-

d i c a s (R > 1). SegGn l a s concent rac iones r e l a t i v a s en Ca y SO4 las

aguas evolucionaran hac ia salmueras de t i p o N a - C 1 - SO4 (Uyuni, Great

S a l t Lake) o de t i p o Na, - C a - (Mg) - C 1 (Mar iduerto, NEEV y EPERY, 1967;

Sebkhas deSi; S ina? , LEVY, 1977; B r i s t o l Dry Lake, USA). No s e han encon-

- ++ -

t r ado h a s t a ahora salmueras de e s t e Ú l t i m o t i p o en B o l i v i a , porque hay

demasiados s u l f a t o s para p e r m i t i r e s t a evolución. i 1

I En l o s s a l a r e s bol iv ianos l o s f a c i e s mds comunes son en tonces de

t i p o : Na - ( C a ) - C 1 - (SO4). por l a r e l a t i v a abundancia d e l calcio. , Hay pocos s a l a r e s que muestran e l

E s t o s s a l a r e s s e d i f e r e n c i a n e n t r e e l l o s

término Ú l t i m o s u l f s t a d o sddico N a - SO4 - C 1 (Cañapa, Hedionda Norte ,

S a l a r de 1s Laguna),

( N a Z 90 ) son las p r i n c i p a l e s s a l e s que s e depos i t an ,

pretacio 'n de e s t e quimismo como 1s evolucidn Ú l t i m a de I s s aguas i n i c i a l e s

no parece to t a lmen te s a t i s f a c t o r a , En primer lugar s e puede n o t a r a par-

t i r de l a s composic~nes quimicas de l a s aguas du lces de Cañapa (cuadro I,

f i g , 3 ) 7 que sus coriceritraciories r e l a t i v a s e n s u l f a t o s s o n d e l m i s m o or-

den que las concentraciones de l a s demás aguas du lces d e l Lipez ( que son

aún i n f e r i o r e s a las de Jayu Khota, sa la r de t i p o ?Ja - (ea) - Cl. - SO4?

s i n m i r a b i l i t a ) ,

p ó t e s i s . Los s u l f a t o s de sodio s e depos i t an c a s i siempre por evsporac ión

c a p i l a r de l a capa f r e $ t i c a por encima de sedimentos muy reducidos , A

Cañapa l a salmuera central . t i e n e un pH de 7 , 5 y un pokencia l red'ox entOre

-300 y -400 mV. En e s t e caso todos l o s s u l f a t o s e s t á n r educ idos en su l -

f u r o s : H2S + HS- (GBRRELS y CHRIST, 1965) , Esos s u l f u r o s s e encuent ran

en p a r t e en la so luc idn y en p a r t e en l o s sedimentos : e s t o s d l t i m o s cons-

t i t u y e n una r e s e r v a pa ra a l imen ta r l a so luc idn en s u l f a t o s . En e l curso

de l a evaporación c a p i l a r l o s s u l f u r o s s e oxidan en s u l f a t o s y e l producto

de s o l u b i l i d a d de la m i r a b i l i t a puede s e r sobrepasado, Las b a j a s tempe-

r a t u r a s (-20' h a s t a -3Q'C) también favorecen l a p r e c i p i t a c i ó n de l a mira- b i l i t a ; su s o l u b i l i d a d bajando mucho a esas tempera turas ,

10 H20) y l a t h e n a r d i t a 2 s04' L a m i r a b i l i t a ( N a

Empero 1c i n t e r - 4

Una observacidn d e campo nos v a p e r m i t i r h a c e r una h i -

De cua lqu ie r modo e s t e quimismo Na - SO4 - C 1 parece r e l ac ionado con la h i s t o r i a sedinentol6gf-ca de la cuencas Entonces habra' que buscar l o s

s u l f a t o s de sodio en 10s lugar-es de f u e r t e s acumulaciones de ma te r i a s or-

gánicas , e s d e c i r en las zonas b a j a s , en l o s fondos de las cuencas. E s t o

corresponde b i en al caso d e l salar d e CaÍïapa que cons t i t uye e l punt6 mds

- 12 -

b a j o de toda, l a r eg ión (4,100 m ) . En e l salar de Uyuni, punto más ba jo

e ) Presenc ia de b o r o y de l i t i o en las zqnas vo lcán icas d e l Sur

Otra d i e r enc ia importante e n t r e l as zonas sed imentar ias d e l N o r t e

y las zonas o l c á n i c s s d e l Sur es Is fulerte concent rac ión en baro y l i t i o de l a s aguas d e l Sur del A l t ip l ano . al bora to que s e forna c a s i exclusis-

vamente e s 1 u l e x i t a : Ma C a €3 O

G,ande, Chal v i r i , Capina, Laguani y Pas tos Grancles).

8 H O ( p r i n c i p a l e s bo ra t e ra s en R i o , Es te minera l s e

5 9 2

depos i t a por I evaporación c a p i l a r en l o s m i s m o s l uga res que e l yeso, Ia

que parece i n d i c a r so lub i l idades s i m i l a r e s . Puesto que e l boro y e l l b t i o provienen de las zonas vo lcán icas d e l Lipez, al Sur d e l sa la r d e Uyuni,

s e debe buscar esos elementos en e l Sur d e l Salar. En e f e c t o , e l m&6 grande yacimiento de b o r a t o s de Bo l iv i a s e encuent ra en e l Sur d e l salar,

a la desmbocadura d e l R i o Grande de L pez, cuyas aguas provienen d e e s s i

todo e l Lipe . Es en e s t e s ec to r d e l salar que s e encuent ran t anb iQn las

mds a l t a s C O cen t r ac ión e n l i t i o ( 4 g/1) .

3 . Concluxióh

Son d o s l o s f a c t o r e s que conLrolan la na tu ra l eza de las s a l e s qae s e depos i t an en e l fondo de una cuenca e v a p o r í t i c a :

- la l i t o l o g r a de l a cuenca ( sed imen ta r i a , vo lcán ica con o s i n a z u f r e )

determine la composición quimica de las aguas de a l imentac ión;

- la na tu ra l eza de l o s sedimentos de la cuenca con t ro l a ef porveni r

de e as aguas, S i l o s sedimentos son impermeables o poco abundan-

t e s , s u s contac tos con l a s aguas serán de poca impor tanc ia . L a s

evo1 c iones de las so luc iones dependen entonces solamente de sus

p a p as composiciones i n i c i a l e s . S i l a s aguas du lces pene t ran en

s e d i en tos p o t e n t e s . ( a c u f f e r o s ) l a i n t e r a c c i d n de esos sedimentos

sobre las aguas podr& hacer cambiar l a evolución que t endr î6n e sas

aguas. al no e s t a r en con tac tos con l o s sedimentos ( evo luc ión ts6- r i c a ) .

I

- 13 - ‘ S i consideramos esas cuencas a1 principio de su historia lacustre,

cuando contenian todavia pocos sedimentos, el contacto aguas-sedimentos

era reducido, y es posible que l a s sales que se depositaban entonces ha- yan sido diferentes de l a s que actualmente se observan.

- 14 - :.ANEXO

Presentamos aquí solamente los me'todos y cálculos de GARRELS Y CIEIST (1965.) y de IIAEDIE y EUGSTER (1970).

Recordamos que la actividad ai de un ion está relacionada con su concentración m (molalidad = d / k g H20) por el coeficiente d e actividad i

v i g a = . L o s .coeficientes se calculan a partir de la fuer- Z. (Zi = Valencia del ion i) utili- 5 i 'Ili mi.

za idnicn de la soluhio'n : I = 3 zando la fsrmula de Debye-Hückel :

m i 1 c

(ri : radio Zo'nicao del ion hidratado; A y B son constantes dependientes de la temperatura : valores numéricos eri GARRELS y CIiRIST, 1965)..

El punto importante consiste en -calcular la repa~%%ci& de l o s ccr- bonatos y bicarbonatos EL una misma presión pakcial de CO2. Tomaremos

- + Tenemos l o s siguientes equilibrios : = y 2 - pc02 B2 O a

K P aH2c03 = 1 CO2

aH CO 3

%CO

CO2 (g) P H2C03 -

H 2C03* HC03- + Hf aHf = K2 aH 2 3 CO - -

H C HC03- e CO3- + H+ a ~ + = K aHcOi- 3 3 -.-...A H20 --=Y- II+ + OH-

E s o nos da :

IC R Pco2

€LH+ - 1 2 aHC03 - -

- K1 K2 K3 PC02 - aCO - - 3 (aH+)2

I K1 K2 P,.C02 m HC03 = - -I- (4)

'2JHC03 .aH

.La alcalinidad de la sd"l-uciÓn se escribe : .4- - -

A = 2 mCOg + m IICQg- + m OH- - M H

I

.. . _ - 15 - + O mi t iendo m H (low7 a 10" M/kg) :

+ Es una equación de segundo orden en aH e E 1 angnl is is nos da e l

PCO son cons t an te s . IJOS vi s e c a l c u l a n por % y K3' 2 v a l o r d e A; El,

l a fn'rmula de Debye-?.íckel.

m CO3 y m HCO

Cuando e s t 6 determinado aH +.se c a l c u l a - - - con las ecuaciones (4 ) y ( 5 ) . 3

Un razonamiento matemático r igo roso muestra que no conocemos la

y Q f u e r z a io 'nica I, pues to que e l l a . depende de l o s v a l o r e s de m HC03

m CO3 HJGDIE y EUGSTER (1970) proponen un me'todo manera. r i g u r o s a l o s

p o r i t e r a c i ó n u t i l i z a n d o una computadora. Esos a u t o r e s c a l c u l a n l o s

- - que justamente t ra tamos de de te rminar . No podemos c a l c u l a r d e

. t i 6 i a p a r t i r de l o s da tos i n i c i a l e s . E s o l e s da v a l o r e s para l o s mi.

A p a r t i r de esos va lo res e l l o s r e c a l c u l a n l a nueva f u e r z a iÓnica y empiezan de nuevo todo e l ci 'clo h a s t n que a*+ quede

Pero hemos v e r i f i c a d o que, pa ra nues t r a s aguas, l a f u e r z a iÓn ics

cambia muy poco en e s o s c6 lcu los . Entonces tomamos la primera so luc i6n

de l q ecuación ( 6 ) como d - e f i n i t i v a . Hemos tomado,para l a s cons t an te s :

- 10-%85. , R1 = lo-l, 34 ; IC, = 10 - M 7 5 pco2 - L.

( T = 1 0 ° C )

- - -3985 2

Todos esos c i l c u l o s nos dan e l valor d e mCO para Pco = 10 3 que u t i l i zamos en l o s diagramas (4 ) y ( 5 ) .

La ecuaaio'n de e l e c t r o n e u t r a l i d a d de l a so luc ión s e e s c r i b e :

-I- O mit iendo : mH y m o € Ï (low6 EL lom8 M/kg) podenos e s c r i b i r :

!-

Si considersmos, en primera aproximación la solucidn ideal (ìf la resolución del sistema d e ecuaciones : (l)., (2) y (3} nos da :

= 1) i

x G o T - EI1 Ei2

K3 3 mHC03 = -

\/m'Co3= + fi - ( 7 ) - ++ Tenemos entonces : clCa = mC03- + K

O

1 con E = 2 O

IC; .IC,

Kg 4,91 = 10

Cu ando la calcita precipita podemos escribir (solucidn ideal) :

8734 a 25OC) m CO3-' = K4 (10- - ++ m Ca.

- - - - Es decir : (m CO3- + K vm CO.3- + a.> (m CO3 ) = K4

O

S i b > O., entonces si R ) 1, cuando In solucïo'n se concentra el 7 ' - - -

factor m CO - + K V mCO + crece continualmente, porque el valor absoluto de 4 aumenta. Entonces, m CO - tiene que decrecer cuando la

3 - 3 O

3 cale ita precipita.

S i A <O, entonces si R < 1, el factor m CO = + V m co3= + A - 3 I - va a decrecer continuamente, entonces m CO tiene que aumentar cuando

la calcita precipita. 3

Cuando una agua se concentra sin precipitar nada, su punto repre- sentativo (fig. 4) se desplaza paralelamente a la curva R = 1). Inme- dia%amente que pr-ecipita la calcita el punto se aleja de la curvEt.

El razonamiento es similar, en lo que concerna la coprecipitación de la calcita y de la sepiolita. Hay que reemplazar la ecuación ( 7 ) p o r :

- - ++ m Catt + m Mg = m CO3- + IC \i m CO3- -+ a O

m Ca++ representa l a concentración en calcio al principio de la precipï- tacidn d e la sepiolita. Empero hemos considerado l a s concentraciones ini- ciales en Ca++ de la solución por razones q u e especificamos en el ;textoe

- 17 -

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