ORIGEN DE PISOIDES EN SISTEMAS TRAVERTINICOS

MORS, R. AGUSTIN; GOMEZ, FERNANDO J.; ASTINI, RICARDO A.

Puerto Madryn

Congreso; XXI CONGRESO GEOLÓGICO ARGENTINO; 2022

ASOCIACIÓN GEOLÓGICA ARGENTINA

Los pisoides son partículas carbonáticas acrecionales, esferoidales a subesferoidales, de diámetro mayor a 2 mm, que han sido reconocidas como componentes principales en travertinos. Aunque los pisoides se conocen del registro travertínico fósil, faltan estudios centrados en ejemplos modernos y activos que permitan esclarecer los procesos involucrados en la génesis de estas partículas. Una variedad de pisoides ha sido identificada a lo largo de los arroyos principales de la Terma Los Hornos; un sistema travertínico activo próximo al complejo volcánico Cerro Blanco, en el extremo austral de la Puna Argentina (Catamarca). El estudio detallado de estas partículas (Mors et al., en prensa), y de los subambientes donde se desarrollan, permitió determinar los procesos involucrados en su formación.En función de su morfología externa y estructura interna, se diferenciaron dos tipos de pisoides: 1) pisoides laminados concéntricamente a partir de un núcleo, de color blanco opaco, superficie exterior lisa y diámetros variables entre 0,3 y 2,4 cm; y 2) pisoides dendríticos radiales sin núcleo distinguible, de color verde, con superficie externa irregular rugosa y diámetros que oscilan entre 0,1 y 1,6 cm. Los pisoides laminados se acumulan preferencialmente en la cara de avalancha de ondulas formadas en el fondo de piletones de entre 10 y 100 cm de profundidad y > 100 cm de ancho, con aguas de flujo rápido y turbulento, ubicadas a lo largo del arroyo Los Hornos. Las velocidades de flujo calculadas para estos piletones son ca. 1,23 m s-1. El agua presenta una temperatura de 33,6 ° C y un pH de 8,34, y su alcalinidad y concentración de calcio son 12,76 mM y 0,43 mM respectivamente, estando sobresaturada con respecto a la calcita (ΩCalcita = 5,50). Los pisoides dendríticos se recolectaron en pequeñas depresiones desarrolladas entre terracetas y entre tallos de macrófitas caídos y calcificados, con profundidades que rara vez duplican el diámetro máximo de las partículas, inmediatamente aguas abajo de las surgencias termales a lo largo del arroyo Las Vizcachas. Los pisoides dendríticos se desarrollan dentro de aguas con flujo significativamente más lento de ca. 0,05 m s-1, presumiblemente en régimen de flujo laminar. El agua presenta una temperatura de 24,5 °C y un pH de 8,18, y su alcalinidad y concentración de calcio son 19,61 mM y 0,64 mM respectivamente, estando sobresaturada con respecto a la calcita (ΩCalcita = 6,46). Las texturas laminadas y dendríticas pueden encontrarse dentro del mismo pisoide producto de una evolución cortical como resultado del transporte episódico y eventual reciclado de partículas.Cuando se los observa al microscopio petrográfico los pisoides laminados consisten en un núcleo representado por fragmentos líticos volcánicos subredondeados o intraclastos de carbonato (típicamente pisoides dendríticos) cubiertos por una corteza carbonática laminada concéntricamente. Las láminas carbonáticas presentan una alternancia de micrita y esparita, son concéntricamente isópacas, y sus espesores varían entre 20 y 100 μm. Las láminas esparíticas suelen ser más gruesas que las micríticas, y generalmente consisten en cristales romboédricos de calcita que coalescen lateralmente. La acreción de láminas sucesivas copia la morfología del núcleo mientras que disminuye progresivamente la curvatura de las aristas y, por lo tanto, aumenta el redondeamiento. Los pisoides laminados muestran una fluorescencia opaca bajo luz ultravioleta, y no se observan diferencias claras en el contenido de materia orgánica entre las láminas micríticas y esparíticas. Algunos parches localizados de restos orgánicos fluorescentes se distribuyen irregularmente cortando la laminación, pero estos representan menos del 1%. Los pisoides laminados no muestran evidencia de restos microbianos (bacterianos o microalgales) en sección delgada y MEB. Los pisoides dendríticos consisten en cristales con morfologías arbustivas que divergen radialmente, con desarrollo de porosidad intercristalina. Ligeros cambios texturales permitieron diferenciar pisoides dendríticos micríticos y esparíticos. El primero incluye micrita densa y grumosa, mientras que el segundo está compuesto por cristalitos > 4 μm que forman individuos compuestos claramente ramificados. La porosidad dentro del primer tipo está parcialmente ocluida por cristalitos de calcita subhedrales de aproximadamente 40 μm de diámetro, mientras que el segundo tipo muestra mejor desarrollo de porosidad submilimétrica a milimétrica de tipo intra/intercristalina primaria y vugular. Los pisoides dendríticos están íntimamente relacionados con diatomeas y una intrincada red de filamentos microbianos (de 1 a 10 μm de espesor), incluyendo cianobacterias con las que se relaciona el color verde. Los microorganismos están incrustados dentro de los cristales dendríticos y orientados radialmente y subparalelos a su eje de máxima elongación. La fluorescencia UV muestra luminiscencia significativamente mayor en comparación con los pisoides laminados que está relacionada con un mayor contenido de materia orgánica y la presencia de abundantes filamentos bacterianos.La cristalinidad, micromorfología y relaciones microestratigráficas, junto con los parámetros ambientales, así como la presencia y distribución de filamentos microbianos permiten evaluar el origen de los pisoides en la Terma Los Hornos. Con respecto a los pisoides laminados, la regularidad de las láminas (espesor constante) y la alta herencia morfológica a través de la corteza laminada, junto con la ausencia de microorganismos y la escasez/distribución aleatoria de materia orgánica, sugiere un origen predominantemente abiogénico. Por el contrario, los pisoides dendríticos muestran una gran abundancia de filamentos microbianos y diatomeas, así como materia orgánica, íntimamente relacionada con los cristales dendríticos, lo que sugiere una mayor impronta biogénica. Las condiciones de flujo contrastantes representan la principal diferencia ambiental entre pisoides laminados y dendríticos. Mientras que los flujos altamente turbulentos favorecen la fuerte desgasificación física de CO2, el desequilibrio en las presiones parciales de CO2 entre el agua y la atmósfera es, en gran parte, responsable de la desgasificación en condiciones de flujo lento. La desgasificación de CO2 aumenta el pH que favorece termodinámicamente la precipitación de CaCO3 y, dado que ambos sitios están sobresaturados en carbonato de calcio, induce el crecimiento de pisoides tanto laminados como dendríticos. Sin embargo, los ambientes tranquilos favorecen el desarrollo microbiano, que se ve inhibido parcialmente en ambientes de flujo turbulento. Así, la turbulencia parece un parámetro de control fundamental que diferencia los dos tipos de pisoides descriptos dentro de la Terma Los Hornos. Los flujos turbulentos suprimen la influencia biótica al disminuir la eficiencia de adhesión de los microbios y mejora la precipitación abiogénica. Por lo tanto, los pisoides laminados desarrollados bajo regímenes altamente turbulentos de flujo rápido son en gran parte abiogénicos, mientras que los pisoides dendríticos formados en aguas de flujo lento con condiciones presumiblemente de flujo laminar tienen una mayor influencia biótica.La alternancia de láminas micríticas y esparíticas que copian el núcleo de los pisoides laminados es probablemente indicativo de etapas de crecimiento acumulativo, asociadas a cambios en las tasas de nucleamiento y crecimiento de cristales. Si consideramos una cantidad específica de iones Ca+2 y CO3-2 disponibles para precipitar una lámina de carbonato, el equilibrio entre la nucleación y el crecimiento de cristales definirá si las láminas son ricas en micrita o en esparita. Así, para el mismo volumen de Ca+2 y CO3-2 disponible, podemos crear una cantidad reducida de núcleos iniciales que crecerían formando texturas esparíticas, o una mayor cantidad de núcleos con crecimiento limitado que favorecerían las texturas micríticas. Es posible que la presencia de microorganismos y EPS representen un mecanismo para aumentar las tasas de nucleación y el desarrollo de láminas ricas en micrita, pero la ausencia de restos microbianos y orgánicos dentro de la laminación sugiere que este puede no ser el caso de los pisoides laminados de la Terma Los Hornos. Vale la pena mencionar que, además de la influencia microbiana, otros factores (cambios de salinidad, temperatura y estado de saturación) pueden influir en la tasa de nucleación y, por lo tanto, en la distribución y texturas del tamaño de los cristales. Por lo tanto, la alternancia de láminas micríticas y esparíticas reflejan cambios en las condiciones ambientales durante la precipitación de carbonatos y esos cambios pueden no solo deberse a la influencia biológica.La falta de láminas concéntricas en los pisoides dendríticos sugiere un crecimiento relativamente continuo y sin episodios de transporte y abrasión. El régimen de flujo laminar y, por lo tanto, la ausencia de transporte de partículas y colisiones evita la abrasión, favoreciendo el desarrollo y preservación del crecimiento dendrítico radial. En este caso, el tamaño y la morfología de las partículas están controlados por la tasa de crecimiento radial de los cristales. Los procesos potencialmente destructivos como la micritización y la disolución relacionados con la descomposición de la materia orgánica pueden afectar a estas partículas, modificando las texturas o creando una porosidad irregular. El régimen de flujo bajo posibilita el desarrollo de bacterias filamentosas y comunidades de diatomeas. La evidente relación espacial entre consorcios microbianos y pisoides dendríticos genera que cualquier evaluación relacionada con su origen debe considerar el papel directo o indirecto que estos pueden haber tenido. Los microorganismos pueden potencialmente inducir la precipitación de carbonatos como subproductos de las actividades metabólicas, ya sea, aumentando el estado de saturación o disminuyendo las barreras cinéticas para la precipitación de calcita y/o mediante el desarrollo de superficies de nucleación. Un papel biótico pasivo puede parecer lógico para los ambientes travertínicos dada la alta saturación con respecto a carbonato de calcio, lo que implicaría que los filamentos microbianos residan en la superficie de los pisoides y se calcifiquen pasivamente. Sin embargo, el hecho de que tanto los cristales dendríticos como los filamentos microbianos sean en gran parte paralelos, y que los últimos estén inmersos dentro de los cristales en crecimiento, implica un rol preferentemente activo en la formación de pisoides dendríticos. También se ha sugerido que la presencia de aguas ricas en exopolímeros promueve morfologías de cristales de calcita que se bifurcan hacia arriba generando texturas dendríticas. Si las morfologías dendríticas se deben a la calcificación directa de los filamentos o si podrían haber surgido como una interferencia con los ácidos orgánicos microbianos, sigue siendo un tema de discusión. A pesar de esto, los filamentos microbianos parecen ser fundamentales para generar pisoides dendríticos en la Terma Los Hornos.Mors, R.A., Gomez, F.J., Astini, R.A., Celestian, A.J. y Corsetti, F.A. (en prensa). Assessing the origin of pisoids within a travertine system in the border of Puna plateau, Argentina. Sedimentology.