Distribución de tierras raras disueltas en ríos de montaña: Sierras Pampeanas de Córdoba, Argentina.

GARCÍA, M.G.; LECOMTE, K.L.; PASQUINI, A.I.; DEPETRIS, P.J.

San Luis

Congreso; X Reunión Argentina de Sedimentología; 2004

Los ríos que nacen en las áreas cumbrales de las sierras de Córdoba, además de constituir una importante reserva de aguas prístinas, son los principales agentes de meteorización y erosión de las rocas ígneas y metamórficas que conforman su núcleo. Estas rocas son la fuente de los sedimentos  que se acumulan en las zonas pedemontanas y valles intermontanos. La acción del agua sobre las rocas genera solutos que pueden ser utilizados como indicadores de los minerales de origen. Los elementos de tierras raras (ETR) han sido tradicionalmente empleados como indicadores de numerosos procesos geológicos, en particular en la petrogénesis de rocas magmáticas, dado que estos elementos son inmóviles durante los procesos metamórficos (Biddau et al, 2002). Además, debido a su presencia como elementos traza en una limitada cantidad de minerales y teniendo en cuenta que, una vez en solución, difícilmente precipitan (excepto el Ce que bajo condiciones adecuadas de pH y Eh precipita como CeO2), los ETR son considerados buenos indicadores de procedencia en procesos de meteorización. Sin embargo, en sedimentos y suelos ricos en materia orgánica y óxidos e hidróxidos de Fe y Al, los ETR  son adsorbidos (por ej., Aubert et al., 2004; Land et al., 1999) y quedan retenidos en la fase sólida, que por lo tanto, muestra un enriquecimiento de estos elementos con respecto a las rocas de la corteza superior. Los ríos de montaña de las Sierras de Córdoba fueron muestreados con el objeto de definir el origen de los solutos presentes en el agua y los procesos geoquímicos que controlan su distribución y transporte aguas abajo. En las cabeceras de las cuencas hídricas estudiadas, la litología dominante corresponde a granitoides calcoalcalinos (Rapela et al., 1998), mientras que en las cuencas medias y bajas dominan las rocas metamórficas, principalmente gneisses.        Los patrones de distribución de los ETR en las aguas estudiadas, muestra un fuerte control de la litología. La suma de las concentraciones medias de ETR totales disueltas en aguas en contacto con las rocas ígneas, es 2,5 veces superior a la suma de ETR en aguas en contacto con las rocas metamórficas.  En ambos grupos de aguas los elementos de tierras raras livianas (ETRL), predominan sobre los elementos de tierras raras pesadas (ETRP), con una relación La/Yb de 9,8 para aguas en contacto con rocas ígneas y de 11,9 para las que están en contacto con rocas metamórficas. En todas las muestras, los ETR más abundantes son La, Ce y Nd. Las concentraciones de ETR disueltas fueron normalizadas a las concentraciones medias correspondientes de las rocas que están en contacto con ellas (datos extraídos de Rapela et al., 1998 y Piovano et al., 1999). Aunque los patrones medios de concentraciones absolutas de ETR en ambos tipos de rocas son similares, los diagramas normalizados de ETR disueltos muestran patrones diferentes. En las aguas en contacto con rocas ígneas, se observa un predominio de los ETRP, especialmente en vertientes. Tampoco se observan anomalías de Eu o Ce, características de muchas aguas naturales.  En las aguas en contacto con las rocas metamórficas, por el contrario, se observa un predominio de los elementos de tierras raras medias (ETRM), con una marcada anomalía positiva de Eu. Para definir con precisión el origen de los ETR disueltos es necesario contar con datos de la composición química de los minerales que podrían ser la fuente de estos elementos. Sin embargo, las correlaciones obtenidas entre algunos elementos y los ETR en solución permiten inferir posibles fuentes de proveniencia. La SETR disueltos en aguas en contacto con los granitoides presenta una correlación significativa con la concentración de Ti (R2=0,66; p<0,05) y Al (R2=0,81; p<0,05), lo que sugiere un posible aporte a partir de alanita, titanita o ilmenita, minerales descriptos en la composición mineralógica de estas rocas (por ej., Lira et al., 1997). La correlación significativa observada entre Ti y Fe en solución (R2 = 0,81; p<0,05) señalaría a la ilmenita como principal fuente de aporte. La correlación observada entre  la SETR y el Zr (R2= 0,70; p<0,05) también permite asociar al zircón como posible fuente de ETR.             En las aguas en contacto con rocas metamórficas, las correlaciones anteriores son menos significativas, probablemente como consecuencia de que durante el transporte, los ETR provenientes de las cabeceras de los ríos son removidos por adsorción en la superficie de las partículas en suspensión (posiblemente óxidos de Fe y Al y materia orgánica). Este proceso estaría favorecido por los valores más elevados de pH en estas aguas.             La especiación de los ETR disueltos fue calculada utilizando el programa PHREEQC 2.8 (Parkhurst y Appelo, 2000). Las especies ETRCO3+ y ETR3+ son predominantes en aguas en contacto con las rocas ígneas, mientras que en las aguas en contacto con rocas metamórficas, las especies dominantes son ETRCO3+ y ETR(CO3)2-.             Los resultados obtenidos hasta el momento, sugieren que el agua de lluvia, cuando entra en contacto con la roca en la cabecera de los ríos, disuelve preferentemente aquellos minerales ricos en ETRP, probablemente ilmenita. Debido a la mayor afinidad de los ETRL por la superficie de las partículas en suspensión, estos serían rápidamente adsorbidos, originando patrones normalizados a granito con un predominio de ETRP con respecto a los ETRL. Aguas abajo, los ETR continúan siendo adsorbidos sobre la superficie de óxidos de Fe y Al o materia orgánica en suspensión, proceso favorecido por un aumento en el pH del agua y probablemente por el contenido de sólidos suspendidos. Bajo estas condiciones, cabe esperar que los sedimentos derivados de estas rocas se encuentren enriquecidos en ETR, fundamentalmente asociados a pátinas de óxidos de Fe.   Aubert, D., Probst,  A. y Stille, P. (2004) Distribution and origin of major and trace elements (particularly REE, U and Th) into labile and residual phases in an acid soil profile (Vosges Mountains, France).Applied Geochemistry,  19, 899-916. Biddau, R., Cidu, R. y Frau, F. (2002) Rare earth elements in waters from the albitite-bearing granodiorites of Central Sardinia, Italy. Chemical Geology, 182, 1-14. Land, M., Öhlander, B., Ingri, J. y Thunberg, J. (1999) Solid speciation and fractionation of rare earth elements in a spodosol profile from northern Sweden as revealed by sequential extraction. Chemical Geology, 160, 121–138. Lira, R., Millone, H. A., Kirschbaum A. M. y Moreno, R. S. (1997) Calc-alkaline arc granitoid activity in the Sierra Norte – Ambargasta Ranges, Central Argentina. Journal of South American Earth Sciences, 10, 157-177. Parkhurst D.L., y Appelo, C.A.J. (1999) User´s guide to PHREEQC (version 2). A computer program for speciation, bath reaction, one-dimensional transport and inverse geochemical calculations. Water Resources Investigations Report 99-4259. U.S. Geological Survey. Denver, Colorado. Piovano, E. L., Román Ross, G., Ribeiro Guevara, S., Arribére,M. A. y Depetris, P. J. (1999) Geochemical tracers of source rocks in a Cretaceous to Quaternary sedimentary sequence (Eastern Sierras Pampeanas, Argentina). Journal of South American Earth Sciences, 12, 489-500. Rapela, C. W., Pankhrust, R. J., Casquet, C., Baldo, E., Saavedra, J., Galindo, C. y Fanning, C. M. (1998) The Pampean Orogeny of the southern proto-Andes : Cambrian continental collision in the Sierras de Córdoba. In: Pankhrust, R. J y Rapela, C. W. (eds). The Proto-Andean Margin of Gondwana. Geological Society, London. Special Publications, 142, 181-217.