Los yacimientos en roca se caracterizan porque los minerales de mena rellenan sistemas de fracturas abiertas, y su mena puede tener localmente altas concentraciones de cloruro y nitrato sódicos (caliche blanco).    

Los yacimientos en depósitos aluviales (o sedimentarios, Chong, 1994) se caracterizan por rellenar porosidades de menor tamaño que en los yacimientos de roca, tanto de fractura como sedimentarias, en sedimentos terrígenos. Las porosidades sedimentarias (o de alteración) son de escala milimétrica o menor. Su mena es de color pardo oscuro y recibe comúnmente el nombre de caliche negro (Chong, 1991, 1994).

Ambos tipos de yacimiento se presentan asociados. Así en una misma área, se puede encontrar mena de nitrato en la porosidad de los materiales terrígenos que constituyen los depósitos aluviales y, también, en el sistema fisural de la roca que conforma su basamento.

El origen de los yacimientos de nitrato (y yodo) de Chile ha sido controvertido desde tiempos antiguos. Así, se han postulado hipótesis genéticas muy dispares: su aporte en forma de aerosoles marinos arrastrados por el viento, la fijación del nitrógeno atmosférico por actividad de bacterias nitrificantes, o su relación con termalismo y vulcanismo, entre muchas otras (Ericksen, 1983). No obstante, si bien se han realizados numerosos análisis mineralógicos y químicos de la mena de nitrato, muy pocos estudios petrográficos y geoquímicos han sido efectuados, tanto de la mena como de las rocas encajantes, siendo estos últimos imprescindibles para conocer los procesos de precipitación que han dado lugar a los yacimientos así como la procedencia de las salmueras.
 

 
FIG. texto 2. Aspecto general de los yacimientos de nitrato. Es frecuente su emplazamiento en la parte más oriental de la Cordillera de la Costa (CC), junto al contacto con la Depresión Central. La vista panorámica abarca parte de un gran abanico aluvial que drena hacia el ZE- zona explotada; vf- vía férrea.
 

El depósito de Pedro de Valdivia, actualmente no en explotación, esta situado 160 km al NNE de Antofagasta (22°45'S, 69°40'W), en la Depresion Central, y prácticamente en la parte central de la franja en la que se presentan los yacimientos de nitrato. Se extiende por un área de unos 15 km de ancho y 40 de largo, elongada en direccion norte-sur, teniendo continuidad hacia el norte con los depósitos de Maria Elena (Fig. texto 3). La altitud media de la zona es de ca. 1500 m, siendo la topografía de la misma muy suave (+ 200 m).

    El marco regional geológico (Araya y Toro, 1983) está formado por rocas volcánicas e intrusivas. Las primeras constituyen una secuencia de 350 m de coladas andesíticas (Formación La Negra) de edad jurásica, 150 m de tobas y brechas ácidas de edad cretácica, 150 m de tobas e ignimbritas a las que se asigna una edad paleoceno-eocena, y rocas clásticas y volcanoclásticas aluviales (que contienen la mena de nitrato) consideradas de edad miocena. Discordantes sobre dicha secuencia, se disponen materiales aluviales y coluviales inconsolidados cuaternarios. Las rocas intrusivas están representadas por granitos y monzodioritas mesozoicas y por pórfidos ácidos cenozoicos. El sistema de fracturas consta de una familia dominante de rumbo norte-sur, con otras subordinadas de rumbos aproximados N40E y E-W.

    En los yacimientos de Pedro de Valdivia la mena de nitrato se presenta (Fig. texto 4) en sedimentos a los que se ha asignado edad miocena y diseminada, rellenando porosidades en las tobas e ignimbritas del Paleoceno-Eoceno. La mena, con leyes de hasta el 11% NO³, se extiende normalmente hasta ca. 3 m de profundidad, aunque puede alcanzar los 10 metros.
 

FIG. texto 3. Distribución de las zonas en las que ha sido extraído nitrato en el área de Pedro de Valdivia. se observa la situacióndel nitrato en posición distal en los abanicos aluviales del margen oeste del río Loa.

    Los minerales presentes en el yacimiento de Pedro de Valdivia (Tabla 1) han sido reconocidos sistemáticamente mediante microscopía óptica y difracción de rayos X utilizando, en este último caso, la técnica de polvo cristalino. En aquellos casos en que los granos minerales eran de tamaño micrométrico y poco abundantes, se ha utilizado microscopía electrónica de barrido sobre fractura fresca de la roca salina, tras haber sido ésta recubierta con grafito por evaporación en vacío. El microscopio utilizado tenía un detector de electrones retrodispersados y un espectrómetro de rayos X de dispersión de energía (SEM-EDS).    

Cloruros, nitratos y sulfatos son los minerales más importantes cuantitativamente, encontrándose también cantidades subordinadas de carbonatos, boratos, yodatos, cromatos, óxidos, silicatos y (per)cloratos. Si se considera un perfil vertical de los yacimientos sedimentarios, los minerales se distribuyen de modo que en superficie dominan los sulfatos, mientras que en profundidad lo hacen los cloruros y los nitratos. En el caliche de este tipo de yacimiento, los minerales dominantes son la halita y la nitratina, con cantidades menores de sulfatos (anhidrita, glauberita y bloedita, principalmente) y nitrato-sulfatos (darapskita, Lám. 1; Fig.1 y humberstonita, Lám. 1, Fig. 2), y cantidades muy subordinadas de calcita, ceolitas, yodatos, yodato-sulfatos (Lám. 1, Figs. 3 y 4), cromatos y boratos (Lám. 1, Figs. 5 y 6). Los yacimientos en roca presentan una mineralogía similar, aunque aparentemente con tendencia a una mayor diferenciación, siendo frecuentes en los mismos las fracturas rellenas por mezclas de halita-nitratina sin otros acompañantes significativos. La calcita, las ceolitas y los boratos, aunque en pequeñas cantidades y muy esporádicos, se presentan rellenando fisuras. La calcita y las ceolitas están normalmente asociadas en clastos de brechas previas a la mineralización de nitrato. Los yodatos y cromatos se presentan de modo disperso, coloreando de amarillo las masas de halita-nitratina. Calcita, ceolitas, boratos y yodatos, también pueden encontrarse, en el caso de los yacimientos en roca, diseminados en la roca encajante fuertemente alterada.
 

FIG. texto 4. Frente de explotación en la zona de Pedro de Valdivia. Se muestra la vista panorámica de un yacimiento sedimentario aluvial con cantos rodados cementados por material salino.

    El estudio petrográfico revela que los procesos intersticiales (Chong y Pueyo, 1992; Searl y Rankin, 1993) son los principales controles de la mineralización tanto en los depósitos sedimentarios como en los de roca. En dichos procesos, intervienen una roca encajante de naturaleza diversa (normalmente silicatada clástica o, menos frecuentemente, carbonática) y soluciones fuertemente salinas a partir de las que precipitan los distintos componentes según se va alcanzando la saturación. En el área de Pedro de Valdivia las rocas encajantes (Fig. 11, Lám. 2) son de naturaleza volcánica.     Los tipos de relleno de cavidades y secuencias de precipitación que hemos observado son los siguientes: a- fisuras submilimétricas (Figs. 12 y 13, Lám. 2) en encajante silicatado (volcánico o volcanoclástico) con una primera generación de halita en las paredes, y un relleno final central por nitratina o por mezcla de minerales salinos diversos. En algunas ocasiones la primera generación de sal tiene tendencia al idiomorfismo; b- porosidad residual en el propio precipitado salino, formándose geodas en las que pueden coprecipitar halita y nitratina. Los autores han encontrado geodas desarrolladas en una masa formada por matriz silicatada y minerales salinos (halita, nitratina, humberstonita, darapskita). En ambos casos, la halita y la nitratina de las geodas representan los últimos precipitados intersticiales (Figs. 14 y 15, Lám. 2). En la porosidad final representada por las geodas precipitan también los yodatos que, frecuentemente, se presentan idiomórficos. Es el caso de la lautarita (formando pequeñas drusas submilimétricas), la hectorfloresita (formando agregados aciculares), o de la fuenzalidaita (formando agregados de cristales tabulares seudohexagonales); c- fisuras subcentimétricas en la roca encajante, rellenas por una primera generación de ceolita (frecuentemente heulandita o laumontita), seguida de otra generación masiva de calcita espática. Ambos minerales presentan cristales de tamaño milimétrico. La secuencia puede ser recurrente estando, cada par, separado por superficies de disolución. Una última generación de ceolita va seguida por precipitación de minerales sulfatados (anhidrita, glauberita). Sin embargo, la roca muestra fisuras entre, en torno a, y dentro de los granos, siguiendo planos de exfoliación. Dichas fisuras, de tamaño milimétrico, están rellenas total o parcialmente, por anhidrita, glauberita, halita o nitratina (Fig. 16, Lám. 2); d- porosidad casi totalmente obliterada por los materiales salinos. La última generación parece ser nitratina (adaptándose a la porosidad dejada por halita, glauberita y matriz silicatada), en cuyo caso, presenta gran cantidad de inclusiones y puntos triples de borde de grano sin rellenar. Una secuencia de minerales (nitratina entre granos de halita, y nitro, lautarita, dietzeita, hectorfloresita y fuenzalidaita entre nitratina) que precipitan en la porosidad, representan los últimos estadios de evolución de la salmuera residual; e- fisuras de escala submilimétrica en la roca encajante, rellenas por la secuencia polihalita (fibrosoradiada), anhidrita y nitratina. Otras porosidades irregulares están rellenas por bloedita idiomórfica de tamaño milimétrico y, finalmente, por nitratina.    

También se presentan relacionadas, frecuentemente, la darapskita con la nitratina (o con la humberstonita) y la loweita con la bloedita. Los minerales de paragénesis potasicoómagnésicas (fuenzalidaita-nitro-polihalita-(silvita?)) se presentan relacionados entre sí, y a su vez, con la nitratina o con los contactos nitratinaóhalita. Cristales tabulares de kaliborita, de tamaño milimétrico, han sido observados en cavidades entre los granos de humberstonita.    

Las secuencias de precipitación reales observadas de pared a centro de las cavidades, tanto mediante microscopía óptica como electrónica, son las siguientes:

1 eolita-calcita (-Ceolita?)

2 Calcita-ceolita-anhidrita-halita -(nitratina)

3 Calcita-ceolita-anhidrita-probertita

4 Heulandita-glauberita-(halita-nitratina-bloedita (darapskita?)

5 (Glauberita-bloedita)-humberstonita-halita

6 Bloedita-darapskita-nitratina-(hectorfloresita-fuenzalidaita)-halita

7 (?)Bloedita-polihalita-humberstonita-halita

8 Bloedita-humberstonita-kaliborita-halita)

9 (Polihalita-anhidrita)-(nitratina-halita)

10 Darapskita-(nitratina-halita )

11 Humberstonita-nitratina-(halita-nitratina)

12 Humberstonita-bloedita

13 Halita-humberstonita-nitratina-(halita)

14 Halita-nitratina-hectorfloresita

15 Halita-nitratina-lautarita- (dietzeita?)

16 Halita-nitratina-fuenzalidaita-(nitratina)

17 Nitratina-hectorfloresita-probertita-(nitratina-halita?)

18 Nitratina-nitro

19 Nitratina-(per)clorato K?-dietzeita-(nitratina)

    A partir del estudio petrográfico del relleno salino de las porosidades de la roca encajante de la mena de nitrato, se ha podido deducir la evolución (Fig. texto 5) de la salmuera a partir de la que precipitaron las paragénesis salinas. Dicha evolución se pone de manifiesto por una secuencia de precipitación de minerales progresivamente más solubles: a- una primera generación de minerales cálcicos (ceolitas calcicas, calcita, anhidrita); b- un grupo de sulfatos de Na-Ca y Na-Mg-(K) (glauberita-bloedita-polihalita), que definen dos tendencias evolutivas: 1- una tendencia sódica, representada por la secuencia glauberita-darapskita-(halitaónitratina)-hectorfloresita; y 2- una tendencia NaMg-K, representada por la secuencia bloedita-(polihalita)-humberstonita-(halitanitratina)-fuenzalidaita. Los autores no han podido observar ninguna pauta de distribución espacial entre las asociaciones correspondientes a ambas tendencias; c- los últimos minerales en precipitar en la porosidad residual son nitrato-sulfatos, yodato-sulfatos, yodatos, cromatos y boratos. En general, dichos minerales precipitan en los últimos estadios de la evolución de la salmuera, cuando la halita y la nitratina coprecipitan. Dichos minerales contienen elementos que, o no son compatibles con los minerales ya precipitados, o no han sido previamente consumidos.     Las secuencias de precipitación mineral observadas en el presente trabajo difieren en el detalle de las expuestas en estudios previos (Searl y Rankin, 1993) realizados en afloramientos situados al norte de la latitud de Iquique. Las secuencias de precipitación de los autores son más simples (tanto en la zona estudiada como también sobre muestras correspondientes al área norte de Iquique, actualmente en estudio) y no revelan una historia tan compleja como la mencionada por los citados autores. Si se observa recurrencias, incluso frecuentes, como sucede en las secuencias de precipitación 11, 13, 16, 17 ó 19, antes descritas. Los autores opinan que las secuencias de precipitación, y por ende la evolución de las salmueras intersticiales, reflejarían unos eventos de precipitación acaecidos en un lapso relativamente definido, y que existirían procesos de redisolución y ulterior precipitación. La presencia de halita-nitratina como asociación terminal, es interpretada por los autores, en algunos casos, como prueba de la existencia de procesos de redisolución de minerales preexistentes (como darapskita o humberstonita, que se disolverían incongruentemente) y de la precipitación de los nuevos solutos en la porosidad residual.    

Las menas constituidas por mezclas halita-nitratina de extrema pureza son comunes en los yacimientos 'en roca', pero también rellenando fisuras abiertas (de origen tectónico) en los yacimientos aluviales. Esto se explicaría si se supone que las asociaciones minerales más antiguas son las que constituyen los yacimientos aluviales, siendo los materiales salinos que rellenan los sistemas de fisuras abiertas (tanto en los yacimientos 'en roca' como en los aluviales) ya soluciones terminales producidas por un fraccionamiento máximo de las salmueras, o bien soluciones producidas, en parte, por disolución incongruente de mineralizaciones previas más complejas. Teniendo en cuenta lo mencionado, los yacimientos 'en roca' aflorantes en la actualidad habrían estado infrayaciendo, en el pasado geológico, a material aluvial que habría sido eliminado ulteriormente por erosión.
 

FIG. texto 5 Diagrama sintético de la evolución de las salmueras madres en el deposito de Pedro de Valdivia. Las principales relaciones paragenéticas se indican en forma de líneas continuas. Las principales tendencias se indican en forma de flechas gruesas.

     
Las salmueras intersticiales que dieron lugar a los yacimientos de nitrato estuvieron relacionadas con el sistema freático a partir del que precipitaron las paragénesis salinas. En dicha epoca, los principales rasgos fisiográficos ya estaban definidos tal como los conocemos en la actualidad, los aportes provenían, dominantemente, del este y el clima debió de haber sido más húmedo que el actual, especialmente en la zona altiplánica, como respuesta a una cordillera de menor altitud. La edad de la fase principal de precipitación es imprecisa estimándose, sobre la base de antecedentes de geología regional, como Oligoceno?-Mioceno. Los yacimientos de nitrato, en el área de Pedro de Valdivia-María Elena, al igual que en otros sectores situados más al norte, aparecen cubiertos por sedimentos lacustres y aluviales. Estos sedimentos son la continuidad lateral de las formaciones Quillagua, Batea y El Loa (Jensen, 1992; Cabrera et al., 1995; May, 1997). Los autores no pueden precisar, con sus propios antecedentes, cuál de estas unidades es la que aparece en el sector de Pedro de Valdivia, pero según fuera el caso, podrían tener edades comprendidas entre 14 y ca. 6 millones de años, si se tiene en cuenta dataciones previas (Jensen, 1992; May, 1997). Ni simultáneamente, ni con posterioridad a los sedimentos lacustres de la Formación Quillagua, los autores han detectado la presencia de yacimientos de nitratos. Posteriormente, han existido procesos destructivos (lixiviación, erosión), por lo que en la actualidad, y al menos desde la antiguedad mencionada, los autores consideran los yacimientos como relictos.    

En la génesis de las salmueras madres de los yacimientos han intervenido procesos de aporte y enriquecimiento en sales, por lixiviación de rocas alteradas y de materiales salinos preexistentes, causada por el agua del paleosistema hidrológico. La mayor parte de los materiales salinos de la zona árida del norte de Chile, salvo contados casos de formaciones evaporíticas marinas, son básicamente de origen volcánico más o menos directo (Cabrera et al., 1995; Spiro y Chong, 1996). La lixiviación de los materiales volcánicos habría sido favorecida por procesos termales relacionados con el arco volcánico del Terciario medio (Chong y Pueyo, 1991; Vega et al., 1996). Otro mecanismo de acumulación de materiales salinos, aparentemente efectivo en zonas desérticas endorreicas, es la precipitación atmosférica directa. Ericksen (1994) y Bohlke et al. (1997) propugnaron la existencia de un prolongado período de precipitación atmosférica y acumulación (del orden de millones de años) para explicar el anómalo contenido en nitrato sobre la base de datos isotópicos.    

En la evolución de las salmueras ha intervenido asimismo la evaporación, único mecanismo suficientemente efectivo como para que las salmueras lleguen a un estado evolutivo tal, que a partir de las mismas precipiten minerales de muy alta solublilidad. Por otra parte, el fraccionamiento extremo de las salmueras se vería favorecido por repetidos procesos de evaporación-precipitación acaecidos durante la prolongada circulación hidrológica desde la Cordillera hacia el oeste. No obstante, y a pesar de la incidencia de la evaporación en su génesis, los materiales salinos con nitratos no pueden ser considerados como evaporitas en sentido estricto, ya que no muestran los tipos de emplazamiento característicos de las mismas: no hay ni texturas de precipitación bajo capa de agua ni texturas claras de crecimiento desplazativo intersticial que den lugar a crecimientos nodulares, enterolíticos o al desarrollo de cristales desplazativos. Los materiales salinos ricos en nitrato aparecen típicamente como precipitados en medios porosos y/o fisurados. Por su disposición, emplazamiento y textura, se asemejan a yacimientos vetiformes formados por relleno de cavidades abiertas.    

En resumen, los autores opinan que las asociaciones de nitratina-halita (y otros minerales acompañantes) precipitan a partir de salmueras muy evolucionadas por evaporación, que han recibido aportes por lixiviación freática (y termal) de rocas regionales y minerales salinos previos. Dichas salmueras, fuertemente evolucionadas, precipitarían lentamente en profundidad aprovechando la porosidad, o la fisuración, del macizo rocoso. Respecto de la fase (o período) de precipitación que dio lugar a los yacimientos, quizá esté relacionada con un brusco incremento en la aridez de la zona causado por la elevación de los Andes. La Depresión Central fue endorreica durante todo el período de acumulación de los nitratos (y sales acompañantes), y el sistema freático, con recarga principalmente andina, actuó como un mecanismo de transporte y concentración de las sales dispersas en la extensa zona árida del norte de Chile, hacia la zona de los yacimientos, durante la mayor parte del Terciario.
 

    Este trabajo ha sido beneficiado por el proyecto EC contrato No. CII*-CT94-0069 (DG 12 HSMU). También han contribuido a la realización del mismo, la beca de la Fundación Andes (Chile) de ref.: C-12777/4 (2 etapa 1995) (MV), el proyecto Fondecyt No. 1940948/94 (GCh) y las ayudas GRQ94-1049, 1996SGR-0070 y 1996BEA|400393 de la Generalitat de Catalunya (JJP). El trabajo analítico (determinaciones de XRD y observaciones SEM) ha sido realizado en los Servicios Científico-Técnicos de la Universidad de Barcelona. Los autores agradecen a dos evaluadores desconocidos sus sugerencias, que sirvieron para mejorar, considerablemente, el escrito.

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Figuras 1-6

1    Detalle de la asociación bloedita (B); darapskita (D); nitratina (N); halita (H). Los cristales de nitratina contienen inclusiones sólidas de nitro. Nícoles cruzados.

2    Detalle de la asociación bloedita (B), humberstonita (HB), nitratina (N), halita (H). Nícoles cruzados.

3    Asociación glauberita (G), halita (H) ,nitratina (N), hectorfloresita (HF). Imagen de SEM utilizando electrones retrodispersados.

4    Fuenzalidaita (F) sobre nitratina (N). Imagen de SEM utilizando electrones secundarios.

5    Asociación bloedita (B) , halita (H), kaliborita (K). Nícoles cruzados

6    Probertita (P) rellenando una fisura en halita (H). Forman parte de una asociación glauberita, halita, nitratina, probertita. Imagen de SEM utilizando electrones retrodispersados.
 
 
 

LAMINA 1              

FIGURAS 7 -12
 

7    Brecha de material volcánico alterado. La roca (R) a sufrido fracturación, ha presipitado una primera generación de sales que envuelven los fragmentos y, a continuación, se han abierto las fracturas permitiendo la entrada en ellas per descensum de matriz terrígena (M). Las sales han terminado de cementar el conjunto.

8   Fisura rellena de halita (H) entre una ceolita (C) y calcita (CA). Imagen de SEM utilizando electrones retrodispersados.

9    Fisura rellena de anhidrita (A) de grano fino entre dos cristales de ceolita. Imagen de SEM utilizando electrones retrodispersados .

10 - 11 Detalle del relleno final de la porosidad. Geoda de halita (H) - nitratina (N) en un encajante de sulfatos (S). Imágenes de SEM utilizando electrones secundarios y retrodispersados, respectivamente.

12    A la derecha fracmentos de roca volcánica alterada (R). A la izquierda de la roca, el relleno de uann fisura. La primera generación mineral que presipita corresponde a este caso a glauberita (G). A continuación presipita halita (H) y, hacia el centro de la fisura, drapskita (D). Nicoles cruzados.