ANÁLISIS ELEMENTAL Y MINERALÓGICO DEL PRECIPITADO MINERAL Y RESIDUO DE EVAPORACIÓN DEL MANANTIAL TURUMO, ESTADO MIRANDA, VENEZUELA

Yolanda Barrientos

dirwing@cantv.net

 

Ana T. Iztúriz

atizturiz44@hotmail.com

 

Simón Ruiz

simon_fireman@yahoo.com

 

Enilda Cermeño (UPEL- IPC)

 

Franco Urbani (UCV-IVIC)

furbani@cantv.net

 

RESUMEN

Los precipitados minerales asociados a manantiales de alta mineralización son el resultado de las condiciones de saturación o sobresaturación del agua debido a las concentraciones de los sólidos totales presentes constituidos fundamentalmente por sales inorgánicas y materia orgánica. El objetivo del presente estudio fue determinar la composición química tanto elemental como mineralógica del precipitado mineral asociado al manantial y del residuo de evaporación del agua (RAS 550º C). El manantial Turumo, de flujo permanente, está localizado en la autopista Petare-Guarenas a 840 m.s.n.m.m., y brota en áreas pertenecientes al Esquisto Las Mercedes. Las muestras del precipitado mineral fueron removidas del exterior del tubo de desagüe, secadas a temperatura ambiente y analizadas por las técnicas de difracción (DRX) y florescencia de rayos X (FRX). El RAS se obtuvo por métodos gravimétricos (APHA-Standard Methods, 1985). El análisis elemental del precipitado mineral indicó la presencia de los elementos químicos: O, Ca, C, S y Al y el RAS: S, O y Ca. El análisis mineralógico reveló la dominancia monoespecífica del mineral calcita (CaC0₃). Se corrobora la alta mineralización de las aguas del manantial con la composición química del precipitado mineral como respuesta al ambiente geoquímico dominante en el área.

Palabras claves: manantial; mineralización; análisis químico; Esquisto Las Mercedes.

ELEMENTAL AND MINERALOGICAL ANALYSIS OF THE MINERAL PRECIPITATE AND THE WATER EVAPORATION SOLIDS AT TURUMO SPRING, MIRANDA STATE, VENEZUELA

ABSTRACT

Spring mineral precipitates are the result of water chemical saturated or supersaturated conditions due to the total solid contents made up primarily of inorganic salts with small amounts of organic matter. The main objective of this study was to determine the elemental and mineralogical chemical composition of the spring mineral precipitate and the evaporation solids (RAS) contained in the water. Turumo spring is located at the Petare-Guarenas highway, 840 m above the sea level and in areas belonging to the Las Mercedes Shale deposit. The mineral precipitate samples were removed from the drainage pipe, dried at room temperature and analyzed using the DRX y FRX techniques. The water evaporation solids were obtained by gravimetry according to the APHA-Standard Methods (1985). The elemental analysis of mineral precipitates indicated the presence of the following chemical elements: O, Ca, C, S and Al; and the RAS (550 ºC): S, O, and Ca, with sulfur being relatively more abundant for this group. The mineralogical study indicated that calcite (CaC0₃) was the only mineral form present in both samples. Those results showed that the mineralized water spring and the precipitate chemical composition were related to the geochemistry of the Las Mercedes Shale deposit.

Keywords: Springs; mineral content; chemical analysis; Las Mercedes Shale deposit.

Introducción

El presente estudio forma parte de un proyecto más amplio que ha tenido como propósitos inventariar y re-evaluar desde el punto de vista físico, químico y microbiológico varias fuentes frías y termales, con o sin precipitados minerales, del área metropolitana y otras zonas del país con la finalidad de que los futuros docentes en el área de Ciencias de la Tierra investiguen y valoricen la demanda del recurso agua dulce por parte de muchos sectores de la población venezolana.

Los precipitados minerales, antiguos o recientes, asociados a fuentes de alta mineralización, son el resultado de las condiciones de saturación o sobresaturación química del agua en manantiales fríos o termales y que en muchos casos representan gradientes molares 10 a 15 veces mayores a otros cursos de aguas superficiales (Margalef, 1983). Por lo tanto, los precipitados minerales pueden ser estudiados tomando en cuenta características básicas como color, forma, espesor, distribución, reacción al HCL, mineralogía inferida, tiempo y lugar de la deposición (Urbani, 1981; 1991).

Se convierten así los precipitados minerales en un registro valioso de los posibles cambios de temperatura y de la composición química de diversas manifestaciones geotérmicas, como es el caso de los azufrales del río Casanay y Nuevo Mundo, estado Sucre, inactivos actualmente pero poseedores de cristales de azufre y de precipitados silíceos, indicadores de altas temperaturas en el pasado. Igualmente, la presencia actual de calcita y alunita en Los Pilancones, Pecaya y Maguey (estado Falcón) pudiera deberse a procesos de desertización que han ocurrido en el área (Urbani, 1991).

Según Doudelet (1979) dos parámetros físicos del agua, la conductancia específica y los sólidos totales disueltos (STD), son claves para determinar la condición de alta mineralización de las aguas subterráneas conducentes a la formación, entre otros, de precipitados minerales en grietas, espacios aéreos entre rocas o en la superficie terrestre donde brotan los manantiales. Según este autor, el agua se considera mineral cuando su contenido de sales minerales disueltas es por lo menos 1.000 mg/Kg o contiene por lo menos 250 mg/Kg de gas carbónico libre y la mineralización total es igual o mayor a 2 g/L. Doménech (1995) plantea que la elevada mineralización del agua subterránea se debe a diversos procesos: a la infiltración del agua superficial que incorpora las sales solubles presentes en el suelo, a la presencia de C02 en el agua edáfica que produce la solubilización de los carbonatos y al intercambio catiónico con aluminosilicatos el cual es responsable de la alteración del orden de abundancia de los cationes en relación con las aguas superficiales. De Zuane (1992) considera que para el caso de la conductividad específica, valores de 1000 microhm/cm (25 ºC) o superiores indican la presencia de aguas de alta mineralización.

Para el caso particular del estado Miranda, Urbani (1991) reporta en el resumen de sistemas geotérmicos de la región central de Venezuela, en la localidad de Guarenas, un manantial frío (22 ºC promedio), con valores de sólidos totales disueltos de 1660 ppm y con el tipo de agua: S0₄ > HC0₃ > Cl > Ca = Mg > >> Na + K. Urbani y colaboradores (1997) estudiaron el manantial Kempis (autopista Guatire-Caucagua) con eflorescencias de minerales asociadas e identificadas como pickeringita  [ Mg Al₂ (S0₄)₄ . 22 H₂0 ] y yeso. Las aguas del manantial son altamente mineralizadas con valores de conductividad específica de 4,05 mS/cm, sólidos totales disueltos de 2,06 g/L, sulfatos 2.520 mg/L y tipificadas como sulfatadas, cálcicas-magnésicas. La fuente está localizada en áreas con dominio de rocas pertenecientes a la Unidad Litológica Esquisto Las Mercedes, caracterizada por esquistos cuarzomicáceos- grafitosos con intercalaciones de metarenisca con abundante pirita.

Cermeño (1999) y Barrientos y colaboradores (1999) caracterizaron desde el punto de vista físico-químico, las aguas de alta mineralización del manantial Turumo, estado Miranda, con un promedio de conductividad específica de 1.046 umohm/cm, un contenido de sólidos totales disueltos de 723,66 ppm y un índice de mineralización de 2.153, 4 mg/L, para el período diciembre 1997-1998 para un total de nueve muestreos. El manantial Turumo está localizado en la autopista Petare- Guarenas y brota igualmente en áreas correspondientes a la Unidad Litológica Esquisto Las Mercedes. El tipo de agua definido fue: HC0₃ > Ca >> S0₄ y muy duras. Sin embargo, la mineralización de esta fuente posee un orden de magnitud 1. 10^{- 3} veces menor con respecto al manantial Kempis.

El manantial Turumo tiene una alta demanda por parte de los conductores que se desplazan en la vía hacia el oriente del país y sus aguas son utilizadas para refrigerar los motores de los vehículos, sin conocer si las mismas pueden causar corrosión o precipitación de minerales en las piezas internas. Por lo tanto, se requiere de una evaluación de esta fuente para determinar la naturaleza del precipitado mineral tan evidente en el tubo de desagüe para recomendar o descartar su uso actual.

El objetivo general del presente estudio fue establecer la composición química del precipitado mineral asociado al manantial Turumo para relacionarla con la composición química del agua a través del residuo de evaporación de los sólidos totales fijos y volátiles. Los objetivos específicos planteados fueron los siguientes:

Determinar la composición elemental del precipitado mineral presente en el tubo de desagüe del manantial mediante un análisis de fluorescencia de rayos X (FRX).

Establecer la composición mineralógica del precipitado mineral presente en el tubo de desagüe, mediante un análisis de difracción de rayos X (DRX).

Relacionar la composición química del agua del manantial Turumo con la del residuo de evaporación (RAS) y el precipitado mineral presente.

Materiales y métodos

Características físico-geográficas del área de estudio

Localización

El manantial Turumo se encuentra localizado en el estado Miranda, a 2 Km. del terminal de pasajeros de oriente, en la autopista Petare- Guarenas; brota en un talud de contención a través de un tubo de desagüe y está ubicado específicamente en las coordenadas geográficas 10º 29’ 23’’ Latitud Norte y 65º 45’ 43’’ Longitud Oeste a 840 m.s.n.m.m (Fig. 1A).

Figura 1A. Ubicación del área de estudio (flecha). Hoja cartográfica N° 6847, Caracas DCN 1964

Aspectos geológicos y geomorfológicos

En el área de estudio afloran rocas pertenecientes a la Unidad Litológica Esquisto Las Mercedes (Mzlm), de edad Mesozoico, perteneciente a la Asociación Metamórfica Caracas (Urbani y colaboradores, 1997 a, b), representadas por esquistos grafitosos, calcáreos-micáceos, filitas grafitosas, calizas cristalinas en capas delgadas y conglomerados cuarzo-sericíticos. En cuanto a la composición mineralógica están presentes mica moscovita, cuarzo, grafito, pirita y calcita, entre otros. Como elementos químicos predominan: Ca, S, Fe, O, C, Si, K, Al y Mg (Whermann, 1972; González y colaboradores, 1980; Urbani y colaboradores, 1997b). Adyacentes al brote predominan relieves accidentados, con fuertes pendientes, disectados por fallas con dirección E-W, sinclinales y con presencia de valles intramontanos (Urbani ycolaboradores, 1997 b) (Fig. 1B).

1B). Mapa Geológico. Hoja Cartográfica N° 6847 Caracas. 1C) Valores de precipitación total. Estación C1 Caracas - Petare - Caurimare (Años 1949 - 1987). Monto total anual 1.089,9 mm. Altitud 865 m.s.n.m.m. Latitud 10° 28’ N Longitud 66° 47’W.

Aspectos climatológicos

El clima del sector está tipificado por una temperatura media anual de 21 ºC (Estación PR Caracas-Petare-Cuarimare, años 1949-1987). El monto anual promedio de precipitación total fue 1.089 mm, correspondiéndole al mes de junio el máximo de precipitación con 161,1 mm y al mes de febrero el monto mínimo de 13,8 mm. El período lluvioso correspondería a los meses mayo-noviembre y el período seco, a diciembre-abril (MARNR, 1998) (Fig. 1C).

 

Hidrología

El drenaje lo conforman una serie de quebradas de régimen intermitente y permanente, sin toponimia la mayoría, entre las que destacan las de la quebrada Valencia, todas afluentes del río Guarenas y río Grande que drenan en la cuenca del río Tuy al mar Caribe.

Vegetación

En el área de estudio la formación vegetal dominante es del tipo bosque tropófilo, caducifolio y semideciduo; le corresponde el piso altitudinal transición premontano- montano bajo. La altura del docel es media. El paisaje fisiográfico está representado por penillanuras y montañas con intervención moderada en la formación vegetal (MARNR, 1983).

Recolección de las muestras del precipitado mineral asociado al manantial

Las muestras del precipitado fueron removidas del exterior del tubo de desagüe del agua con la utilización de una espátula y pinzas (Fig. 2A). El material se colocó en bolsas plásticas con cierre mágico y se rotularon. En el laboratorio, las muestras se colocaron sobre vidrios reloj y fueron secadas a temperatura ambiente. Luego se procedió a su maceración utilizando un mortero de ágata, para los análisis de difractometría y fluorescencia de rayos X. Se utilizó un difractómetro de rayos X, CDRX Philips, modelo PW 1130-00 del laboratorio de rayos X de INTEVEP y un microscopio electrónico de barrido (SEM) con equipo acolado de espectrometría de fluorescencia de rayos X por dispersión de energía FRX-DE, marca JOEL JSM 5800 LU de INTEVEP.

Obtención del residuo de evaporación (RAS) del agua a 550 ºC

Se tomaron 100 mL de la muestra de agua y dos réplicas para el proceso de ignición. Se utilizó el método gravimétrico según APHA-Standard Methods (1985). Se empleó para este procedimiento una mufla Thermolyne Typo 1400 con rango de temperaturas entre 0º - 1.200 ºC y una balanza analítica modelo Sartorius.

Resultados y discusión

Descripción del precipitado mineral in situ

El precipitado mineral se encuentra distribuido a lo largo de toda la superficie externa del tubo plástico de desagüe, alcanzando espesores de hasta 7 cm. en la boca del mismo (medidos con vernier). Se encuentra también el precipitado mineral en el interior del tubo pero en menor proporción. Es de apariencia masiva, de consistencia dura, presenta color blanquecino a amarrillo tenue, con incrustaciones de cianobacterias y algunos musgos que pueden tornar el depósito a un color gris oscuro-negruzco, de naturaleza calcárea por la fuerte efervescencia con HCL (10 %). La mayor concentración del depósito mineral se ubica en la parte media e inferior del tubo por razones de gravedad (Fig. 2A y 2B).

2A

2B

Figura 2A. Vista anterior del tubo de desagüe con el precipitado mineral, detalles de la textura y espesor del mismo.

2B. Vista lateral del tubo de desagüe indicando la acumulación del precipitado mineral hacia el extremo inferior del tubo.

Composición química del precipitado mineral

Los resultados del análisis químico del precipitado mineral asociado al manantial Turumo, en cuanto a su composición elemental global (FRX), indicó los siguientes elementos químicos: O, C, Ca, S y Al (Fig. 3A). Su composición mineralógica se muestra en la figura 3B (DRX). Este difractograma señaló la naturaleza monomineralógica del precipitado, constituido fundamentalmente por calcita (CaC0₃). Esta especie mineral pertenece a la familia de los carbonatos y cristaliza en el sistema hexagonal rombédrico (Huribut y Klein, 1982). La calcita reportada en la presente investigación representa una alta correlación de orden químico con la evaluación físico química de esta agua tipificadas como bicarbonatas > cálcicas >> sulfatadas y muy duras (Cermeño, 1999; Barrientos y colaboradores, 1999). Desde el punto de vista de la geoquímica de esta fuente, se infiere que las aguas de infiltración están generando reacciones químicas en sectores de la litología con menor predominio de esquistos grafitosos con pirita. De allí se deriva su bajo contenido de sulfatos con respecto al reportado para el manantial Kempis por Urbani y colaboradores (1997 a).

3A

3B

Figura 3A. Espectros de FRX - DE indicando el análisis elemental global de la muestra del precipitado mineral

3B. Difractograma del precipitado mineral y la identificación del mineral calcita.

Díaz (1873 a, b) y Urbani (1991) analizaron los precipitados minerales de las quebradas Güeime y Cloris a 3 Km al sur de Guarenas, estado Miranda, en áreas pertenecientes al Esquisto Las Mercedes, que presentan manantiales fríos, altamente mineralizados y demostraron la presencia de calcita-ferruginosa (Güeime) y calcita (Cloris) respectivamente. Este hecho también se confirma en el presente trabajo, ya que el manantial Turumo se encuentra en la misma unidad litológica, es de alta mineralización, hipotermal y presenta calcita como mineral predominante; esto se debe, fundamentalmente, a que esta agua bicarbonatadas cálcicas al llegar a la superficie por pérdida de C0₂ favorecen la precipitación de este mineral.

El análisis elemental realizado al residuo de evaporación (550 ºC) de las muestras de agua del manantial reflejó la existencia de los siguientes elementos químicos, los cuales se encontraban disueltos en el agua: Ca, S y O (Fig. 4A y 4B). Estos últimos resultados corresponden a los meses de diciembre 1998 y enero 1999, respectivamente, que evidencian fluctuaciones relativas en los picos de los elementos químicos presentes que son el producto de las variaciones en la composición del agua debidas posiblemente a las condiciones de estacionalidad. De hecho, a partir de los resultados obtenidos, es posible establecer una relación directa entre la mineralogía de las rocas que afloran en el área, las especies químicas disueltas en el agua, la naturaleza del residuo de evaporación y del precipitado mineral asociado al manantial.

Figura 4A. Espectros de FRX - DE del residuo de evaporación del agua (RAS 550 °C) para diciembre 19974B. Residuo de evaporación del agua obtenido para enero 1998.

4A

4B

 

Conclusiones y recomendaciones

Bajo las condiciones ambientales estudiadas, el precipitado mineral asociado al manantial Turumo presentó las siguientes características:

El análisis elemental determinó la presencia de los siguientes elementos químicos: O, C, Ca, S y Al.

El análisis mineralógico realizado indicó la naturaleza monomineral del mismo constituido fundamentalmente por calcita (CaC0₃).

Es evidente la relación geoquímica entre la litología (Esquisto Las Mercedes) que contiene calcita como mineral (entre otros), las especies químicas disueltas en el agua del residuo alcalino seco O y Ca y la mineralogía del precipitado asociado al manantial Turumo.

La alta mineralización de estas aguas descarta su utilización para el consumo según OMS (1897), COVENIN (1985) y MARNR (1995), para el regadío o como refrigerante para el motor de los vehículos (demanda actual) por la condición de saturación o sobresaturación química que las caracteriza.

El precipitado mineral estudiado podría acarrear una fuerte fatiga al canal de desagüe y ocasionar pérdida de luz en el mismo generando obstrucción al flujo de salida del agua con graves consecuencias para las obras de ingeniería de los taludes de contención de donde manan estos cursos de aguas subterráneas.

Agradecimientos

Al Lic. Luis Vierma (INTEVEP) por facilitarnos el apoyo instrumental para la realización del análisis químico. Las autoras y los autores agradecen la colaboración brindada por la Unidad de Transporte del Instituto Pedagógico de Caracas en las salidas al campo, particularmente a los Srs. Ramón Salas, Oswaldo Salas (+) y a otros colegas. A las integrantes del curso de pregrado Proyecto Integrado (98-II) por su participación en la presente investigación. Esta publicación es un producto de la línea de investigación: Aguas Naturales Nº 98-022 UPEL-IPC adscrita al Núcleo de Investigación: Estudios del Medio Físico Venezolano (NIEMFV).

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