Depósitos evaporíticos

Transcripción

Foto: http://blogs.agu.org
Depósitos
evaporíticos
Semestre primavera 2015
Paulina Durán-Joseline Tapia
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:
Tabla 1. Concentración de sales en los mares.
Fuente: Higueras, Yacimientos Minerales, Rocas
y yacimientos de precipitación química, UCLM.
Ión
Concentración
[ppm]
Cl-
19010
(SO4)2-
2717
(HCO3)-
137
Na+
10800
Mg2+
1296
Ca2+
413
K+
407
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
●
●
●
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.
●
●
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.
●
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.
●
●
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.
●
●
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..
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..
●
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..
●
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..
●
●
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.
Figura 21. Ubicación del Salar de Atacama.Izquierda: zona rica en salares. Derecha: imagen del
Salar de Atacama (NASA). Fuente: greenandgold.uaa.alaska.edu.
●
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.
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
●
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
Figura 26. Diagrama de un diapiro en Alemania. Modificado de Kockel et al. (1996). Fuente: es.wikipedia.org
●
●
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
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●
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

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