Tasas de Transferencia Sedimentaria en la Cuenca del Rio Ñuble : Ebasada en Desequilibrios en la Serie del Uranio-238

Abstract

Las series del U y del Th son tres cadenas de decaimiento radioactivo que terminan en isótopos estables de plomo, pasando por varios nucleidos radioactivos intermedios. Cualquier sistema natural cerrado debería alcanzar después de un cierto tiempo lo que se denomina el equilibrio secular, que consiste en un estado estacionario donde las proporciones entre los nucleidos de la serie son iguales a constantes conocidas. Una desviación del equilibrio secular (desequilibrio) se debe a algún proceso de fraccionamiento químico o isotópico. El retorno al equilibrio de un cierto nucleido de la serie (respecto del padre) debería ocurrir en un tiempo proporcional a su vida media en un sistema cerrado, aunque en la naturaleza rara vez se cumple esta condición.

La cuantificación de los desequilibrios en la serie del 238U en sistemas fluviales permite acotar la escala de tiempo en que ocurren los fenómenos responsables del fraccionamiento y el eventual retorno al equilibrio. Esta metodología se ha aplicado en ríos de larga trayectoria como el Ganges (Granet et al., 2007) y el Amazonas (Dosseto et al., 2006a), pero no todavía en ríos de trayectoria corta en un margen convergente como el chileno. Uno de los objetivos del proyecto SESPEED, en el cual se enmarca esta memoria, es realizar esto último. En esta memoria se abordó la cuantificación de tiempos de transporte de sedimentos en la cuenca del río Ñuble en Chile central. Para ello se midió las razones de actividad entre 238U, 234U, 230Th y 226Ra (serie del 238U), en 8 muestras de sedimentos del lecho del río estudiado.

Para caracterizar la evolución de los sedimentos río abajo y poder interpretar los desequilibrios, se analizó en las muestras: (a) la composición química de elementos mayores y traza, (b) la mineralogía por difracción de rayos X y (c) las razones isotópicas de Sr y Nd. De forma complementaria se realizó análisis de elementos mayores y traza en siete muestras de agua del río Ñuble. Los datos químicos sugieren que la principal fuente sedimentaria son las rocas volcánicas andesíticas a basálticas de las Formaciones Cola de Zorro, Trapa-Trapa y Cura-Mallín, habiendo también aportes menores del batolito granítico del curso alto del río. Esta interpretación es apoyada por la composición de tierras raras e isotópica de Sr (87Sr/86Sr) y Nd (143Nd/144Nd) de los sedimentos, la cual es muy similar a la de rocas volcánicas de volcanes activos geográficamente cercanos. La composición isotópica de Sr y Nd se mantiene dentro de un rango pequeño si se compara con sedimentos del río Amazonas, lo que sugiere que el período de maduración de los sedimentos es mucho más corto en el río Ñuble que en el río Amazonas (hasta ~100 ka según Dosseto et al., 2006a).

La evolución química e isotópica de los sedimentos se interpreta como el resultado de los fenómenos siguientes: aportes sedimentarios desde fuentes distintas a las rocas volcánicas (batolito granítico en la cordillera, formaciones sedimentarias en la Depresión Central), disolución preferencial de minerales ferro-magnesianos, deposición progresiva de partículas en suspensión al entrar en el valle central.

El 234U está prácticamente en equilibrio secular respecto del 238U, aunque el 230Th presenta ligeras desviaciones del equilibrio respecto del 234U, especialmente río abajo. La razón U/Th en los sedimentos se mantiene casi constante a lo largo del río, y las concentraciones de U y Th en el agua del río son bajas (< 1 ppt y < 0,1 ppt respectivamente). Esto permite afirmar que tanto el uranio como el torio son prácticamente inmóviles en los sedimentos. La razón de actividad (226Ra/230Th) no difiere de 1,00 en más de 8%. Los desequilibrios son mucho menores que aquellos medidos en los ríos Ganges (Granet et al., 2007) o Amazonas (Dosseto et al., 2006a), lo que apoya la hipótesis de tiempos de residencia sustancialmente menores. Bajo el supuesto de aportes nulos (o pérdida) de Ra entre las cuarta y la quinta muestras (tramo de 20 km), se llegó a una tasa de transferencia sedimentaria mínima de ~14 m a-1 (20 km en ~1400 años).