Stable isotope and anthropogenic tracer signature of waters in an andean geothermal system

Abstract

El presente trabajo se centra en el uso de isótopos estables y trazadores antropogénicos para investigar el origen, los tiempos de residencia y la evolución de las aguas termales en el Complejo Volcánico Lonquimay-Tolhuaca, ubicado en la parte central de la Zona Volcánica Sur. Veinte muestras de agua subterránea, surgiendo en un amplio rango de temperaturas (8-96°C), son analizadas para determinar su composición química, incluyendo elementos mayores, razones isotópicas (δ2H, δ18O, δ13CTDIC) y la concentración de clorofluorocarbonos (CFCs) y hexafluoruro de azufre (SF6) disueltos. Adicionalmente, se presenta un compilado de toda la información disponible sobre la composición isotópica de la precipitación en la región de la Araucanía. Mediante un modelo de fraccionamiento de Rayleigh aplicado a los isótopos de oxígeno, se logra constreñir la elevación a la cual se produce la recarga del sistema. Los valores de δ13CTDIC en las aguas indican la adición de CO2 del suelo a una fuente de origen atmosférico en la mayoría de las muestras. No obstante, procesos de ebullición y desgasificación magmática se evidencian en las surgencias termales ubicadas en los flancos de volcanes. La composición isotópica de las aguas termales, una vez calentadas en profundidad, es modificada posteriormente por procesos de desgasificación de CO2 y precipitación de carbonatos durante su ascenso. Todas las muestras de aguas termales presentan concentraciones bajas pero detectables de CFC-11, CFC-12, CFC-113 y SF6, lo que sugiere la adición de una pequeña fracción (2 a 22%) de agua meteórica moderna al sistema. La temperatura de surgencia de las aguas termales en el Complejo Volcánico Lonquimay-Tolhuaca se relaciona directamente con la distribución de edad en las muestras. Estas diferencias en los tiempos de residencia se atribuyen a los distintos mecanismos de circulación de cada tipo de agua: por un lado, las aguas frías poseen tiempos de residencia cortos y evidencian una circulación somera a través de un medio poroso, mientras que las aguas termales poseen tiempos de residencia mayores y evidencian un flujo canalizado a través de zonas de falla. El flujo de las aguas termales a través de estos conductos de alta permeabilidad vertical impide que sean diluidas con agua meteórica durante el ascenso. Los datos de este estudio confirman que las redes de fallas y fracturas con distintas orientaciones ejercen un control sobre los tiempos de residencia, el ascenso y las tasas de mezcla de distintos fluidos en este segmento de la Cordillera de los Andes, determinando así su composición química e isotópica. Asimismo, nuestros resultados muestran que el análisis geoquímico e isotópico convencional, en conjunto con el uso de trazadores ambientales (incluyendo los trazadores antropogénicos, CFC y SF6) son una poderosa herramienta para entender la dinámica hídrica de los sistemas geotermales.