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Drainage geochemistry of the three main basins of the arid agricultural-mining Coquimbo region (Chile): Balance of a decade of studies, 2000-2010


Science et changements planétaires / Sécheresse. Volume 22, Number 4, 244-52, Octobre-Novembre-Décembre 2011, Articles de recherche

DOI : 10.1007/s10661-010-1814-8.

Résumé   Summary  

Author(s) : Jorge Oyarzún, Hugo Maturana, Ricardo Oyarzún, Universidad de La Serena Departamento Ingeniería de Minas Casilla 539 Benavente 980 La Serena Chile, Centro de Estudios Avanzados en Zonas Aridas Raúl Bitrán s/n La Serena Chile.

Summary : This paper presents the results of a decade-long environmental geochemistry research program on the three watersheds of the arid Coquimbo Region, north central Chile, where mining and agriculture are the principal economic activities. The studies include water and sediment geochemistry. Among the principal conclusions of these studies are the extremely high Cu, and high As and Zn contents of the fine-grained fraction of the fluvial sediments of the northern, Elqui river watershed, which reaches an average of 0.1-0.2% Cu. These contents are related to acid drainage originating in the El Indio (gold-copper-arsenic) district located on the Andean head of the Elqui river basin and surrounded by advanced argillic hydrothermal alteration. It is, however, also due to the erosion of tailing deposits on the flank of major rivers and creeks, products of small to medium scale copper mining. The major copper-(molybdenum) ore deposit of the Region, the world-class Los Pelambres porphyry copper deposit, is located at the head of the southern Choapa river basin. Surprisingly, the Choapa river water and fine-grained sediments do not present high Cu or Mo contents. This fact is interpreted in terms of the dominant mafic rock types of the deposit, and its rather weak hydrothermal alteration, which have the potential to neutralize the generation of metallic - rich acid drainage.

Keywords : acid drainage, arid environment, international collaboration, water quality

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ARTICLE

sec.2011.0326

Auteur(s) : Jorge Oyarzún1 joyarzun@userena.cl, Hugo Maturana1 hmaturan@userena.cl, Ricardo Oyarzún1,2 royarzun@userena.cl

1 Universidad de La Serena Departamento Ingeniería de Minas Casilla 539 Benavente 980 La Serena Chile

2 Centro de Estudios Avanzados en Zonas Aridas Raúl Bitrán s/n La Serena Chile

Tirés à part : R. Oyarzún

Una condición esencial del desarrollo sostenible de la industria minera es su capacidad para coexistir en armonía con otros sectores productivos. Ello es especialmente relevante en países en desarrollo y que mantienen sectores importantes de su población bajo niveles de pobreza, puesto que la minería moderna es intensiva en el uso de capital y tiene escasa capacidad de generar empleos. En el caso de la Región de Coquimbo, situada en el segmento árido a semi-árido del norte de Chile (figura 1), existe una tradición histórica de coexistencia armónica de la minería con la agricultura, y es común que los propietarios mineros sean igualmente empresarios agrícolas. Sin embargo, en los últimos años tal situación ha variado por razones de escala y rentabilidad de ambas actividades, así como por una mayor sensibilidad de la agricultura respecto a los riesgos de contaminación por metales pesados y por material particulado que implican las operaciones mineras. Por una parte, la agricultura regional ha alcanzado niveles de calidad técnica, niveles de inversión y capacidad de gestión propicias para la exportación de frutas de alta demanda, lo cual implica la necesidad de mayores volúmenes de agua de riego, así como de prevenir cualquier contaminación que limite su ingreso a mercados exigentes (Oyarzún et al., 2008). Por otra parte, la minería ha alcanzado magnitudes antes desconocidas en la Región, en particular en el caso de la explotación a gran escala del yacimiento cuprífero de Los Pelambres en la cuenca del Río Choapa, lo que implica contar con embalses de relaves capaces de almacenar cientos a miles de millones de toneladas de residuos, con los riesgos físicos y químicos que ello implica.

En relación a esto, y en respuesta a problemas crecientes surgidos en el último tiempo, el Gobierno está promoviendo el establecimiento de comunidades de usuarios de distintos sectores productivos e instancias de solución de conflictos (Ej. Mesas del Agua), con el objetivo de lograr un uso armónico y sustentable del recurso, en particular por parte de los sectores agrícola y minero (DGA, 2007).

En suma, el problema actual concierne tanto a la hasta ahora moderada competencia por recursos hídricos escasos, como a las condiciones que aseguren que tales recursos, así como los suelos agrícolas, no serán afectado por las operaciones mineras normales, no estarán sometidos a riesgos de operaciones defectuosas como derrames de relaves, ni sufrirán las consecuencias de los pasivos mineros dejados tras el cierre de las operaciones mineras. En este contexto, la presente contribución describe una serie de estudios geoquímicos realizados durante la última década con relación a los problemas de contaminación por los metales pesados que afectan a las tres cuencas fluviales principales de la Región de Coquimbo, enfatizando los factores geológicos que han agravado o mitigado dichos problemas.

Características de la Región de Coquimbo

Clima y recursos hídricos

En la Región de Coquimbo, que se extiende aproximadamente entre las latitudes 29°S y 32°15‘S, la mayor parte de las precipitaciones están relacionadas con los frentes atmosféricos invernales provenientes del SO, los “Southern Westerlies”. Las precipitaciones en la faja costera (en mm/año) van de 27 en latitud 28°27′S, a 84 en 29°54′S, 114 en 30°34′S y 247 en 31°55′S (DGA, 1987). Sin embargo, a 200-300 km al Oeste de la costa, en las montañas andinas, las masas ascendentes de aire en enfriamiento entregan precipitaciones estimadas en el doble de aquéllas de la faja costera y, lo que es muy importante, que se acumulan en forma de nieve y hielo (Favier et al., 2009). Por otra parte, tanto las precipitaciones costeras como las andinas aumentan unas dos o tres veces durante los episodios lluviosos del ciclo ENSO (“El Niño-Oscilación del Sur”) que ocurren en promedio cada 5 o 7 años. En cambio, las precipitaciones disminuyen a la mitad o menos en los episodios secos del Ciclo (“La Niña”), producto de un enfriamiento de las aguas oceánicas.

Excepto episodios invernales esporádicos, generalmente relacionados con El Niño, las crecidas de los ríos ocurren durante la temporada de verano, como resultado de la fusión de las nieves acumuladas en las montañas andinas. Este fenómeno permite la existencia de ríos permanentes y sus afluentes, los que alcanzan el Océano y son la base para una importante actividad agrícola. Sus caudales medios son de 8,1 m3/s en el Río Elqui (30°00′S), 15,1 m3/s en el Río Limarí (30°37′S) y 13,2 m3/s en el Río Choapa (31°37′S) (Oyarzún et Oyarzún, 2009). En esta Región existe una importante red de embalses destinados a mejorar la seguridad de riego, cuya capacidad combinada llega a 1.300 Mm3 dotados de una extensa red de canales. Dichos embalses permiten mitigar la disminución de precipitaciones asociadas a los años secos. Puesto que los terrenos geológicos de este territorio son montañosos y están conformados por rocas ígneas poco permeables, los recursos de aguas subterráneas están confinados al fondo de los estrechos valles E-O (“Valles Transversales”) y a redes de fractura en los macizos cristalinos (Arumi et Oyarzún, 2006). En consecuencia, las aguas subterráneas desempeñan aquí un rol relativamente menor y estrechamente ligado con el de las aguas superficiales.

Geomorfología, geología, yacimientos y minería

La Región de Coquimbo se sitúa en un segmento orográficamente anómalo del territorio chileno, que se extiende entre las latitudes 26°S y 33°S y se caracteriza por la ausencia de un valle o depresión central, situación explicada por el efecto del régimen tectónico compresivo, que afecta a este segmento (Charrier et al., 2007). En este segmento, sometido a la acción de fuerzas compresivas E-W, los ríos principales presentan fuerte gradiente, cortan transversalmente el territorio y sus valles son relativamente estrechos. En consecuencia, la mayor parte de dicho territorio está constituida por macizos rocosos, en los cuales predominan las rocas ígneas, tanto intrusivas como volcánicas, de composición calco-alcalina intermedia (por ejemplo granodioritas y andesitas). Las potentes series volcánicas incluyen, además de lavas andesíticas, rocas sedimentarias tipo conglomerados de similar litología, y escasos afloramientos de rocas carbonatadas. Aunque la edad de estas rocas va del Paleozoico al Cenozoico, los afloramientos de rocas de edad cretácica son especialmente abundantes. En general, las series de rocas estratificadas presentan rumbo N a NNE y las de edad cretácica se distribuyen en la faja central del territorio (Arumi et Oyarzún, 2006; Oyarzún et Oyarzún, 2009).

La presencia de yacimientos metalíferos es abundante en toda la Región. Los principales depósitos en términos de abundancia y valor son los de cobre, hierro, oro, plata y manganeso. Tanto los depósitos de hierro como los de manganeso son de edad cretácica, aunque se disponen en fajas distintas (los de hierro en una faja más costera). Los depósitos de plata se sitúan en una faja central y los de cobre y oro son más ubicuos. La edad de estos tres últimos es principalmente cretácica o terciaria. Aparte de los yacimientos, existen numerosas zonas de alteración hidrotermal. En términos ambientales y considerando su potencial de generación de drenaje ácido, aquéllas de edad terciaria y carácter argílico avanzado, situadas en el ámbito cordillerano, son las que presentan mayor riesgo en términos de contaminación del agua. Entre los principales yacimientos metalíferos de la Región se cuentan: El Romeral, yacimiento ferrífero en explotación situado al norte de La Serena; el Distrito cuprífero de Talcuna, en la cuenca del Río Elqui, también en explotación; el Distrito de El Indio (oro, cobre, arsénico), en la cabecera de la cuenca del Río Elqui, en etapa de post cierre. Aunque de limitada magnitud, El Indio alcanzó fama por sus elevadas leyes de oro. Se explotó entre fines de los 1970 y principios de los 2000, cuando inició su plan de cierre. De especial importancia es el Distrito Andacollo (oro, cobre), antiguo distrito de minería aurífera aluvial y más tarde de vetas de oro y de cobre, situado entre las cuencas del Elqui y del Limarí. A fines de los 1980 inició una minería aurífera y cuprífera de mediana escala que se mantiene hasta hoy y tiene un largo horizonte y expansión en el caso del cobre. Sin embargo, la mayor operación minera de la Región es la del pórfido cuprífero de Los Pelambres, que cuenta con miles de millones de toneladas de reservas y es una de las principales de Chile. Se sitúa en la cuenca del Río Choapa (Parra et al., 2010).

Programa de investigación realizado (2000-2010)

Origen y desarrollo del programa

Las investigaciones cuyos resultados se describen a continuación se iniciaron con la invitación de la Dirección Regional de Aguas (Coquimbo) para analizar y utilizar la información acumulada por dicha Dirección, producto de monitoreos ambientales, lo que se realizó a través de varios trabos de tesis. Ello continuó con diversos estudios sobre geoquímica del drenaje realizados por la Universidad de La Serena en los cuales colaboraron investigadores de la Universidad de Minería y Metalurgia de Cracovia, del Instituto Geológico de Polonia, y de las Universidades Complutense de Madrid, de Castilla – La Mancha y Rey Juan Carlos de Madrid (Oyarzún et al., 2010), parte de cuyos resultados científicos están disponibles en el sitio GEMM ( http://www.aulados.net/GEMM/GEMM.html). Posteriormente se presentó la oportunidad de cooperar, a través de CAZALAC (Centro del Agua para Zonas Áridas y Semiáridas de América Latina y El Caribe), en el Proyecto CAMINAR (Gestión de Cuencas en Zonas Aridas y Semiaridas de América Latina con Actividad Minera) de la Comisión Europea, liderado por la Universidad de Newcastle, Inglaterra. Ello permitió profundizar las investigaciones geoquímicas e isotópicas en la cuenca del Río Elqui. En los párrafos que siguen se resumen los principales resultados del conjunto de estas investigaciones.

Cuenca del Río Elqui

La cuenca de este Río está constituida por un río cordillerano principal, el Turbio, que nace del aporte de aguas contaminadas con drenaje ácido entregado por el Río del Toro desde el NE (figura 2), y del Río La Laguna, de aguas “dulces”, proveniente del SE. Aguas abajo recibe los aportes del Río Incaguaz y posteriormente las del Río Claro, con el cual conforma el Río Elqui y que aporta aguas débilmente mineralizadas. Todos los valles de la Cuenca son estrechos y el del Elqui sólo adquiere cierta amplitud en su curso final. El programa de investigaciones aquí descrito se inició en la cuenca del Río Elqui en Enero del año 2000, poco después de la construcción del embalse Puclaro (figura 3), en el curso medio del Río y cuando se estaba iniciando el cierre de la mina de El Indio. El estudio incluyó cuatro muestreos de agua y de sedimentos fluviales finos, uno por cada estación de ese año, con 10 sitios de muestreo, ubicados en el Río del Toro (1 sitio), receptor directo de las aguas de El Indio, en el Río Turbio (3 sitios), receptor del drenaje del Río del Toro y afluente del Río Elqui y en este último (6 sitios). Los análisis geoquímicos de sedimentos fueron realizados en el Instituto Geológico de Polonia, Varsovia, y los de aguas en un laboratorio químico especializado de la Región. Al iniciar el estudio se esperaba encontrar altos contenidos de As, por su abundancia en el distrito de El Indio. Sin embargo, no se esperaban los elevados contenidos de Cu y en menor grado de Zn, que revelaron los análisis (1.077 y 326 ppm respectivamente), situándose el As en 106 ppm. El estudio mostró también el efecto del cambio de pH en la transferencia del Cu y Zn del agua a la fracción fina de los sedimentos (Oyarzún et al., 2003). Ambos metales, que se encuentran principalmente en solución bajo el pH ácido (4-5) del Río Toro, pasan al sedimento al cambiar el pH a neutro después de la confluencia de ese río con el Río La Laguna. En consecuencia, el pH básico de las aguas, característico de zonas áridas, modera el efecto del drenaje ácido producido por las zonas de alteración hidrotermal y mineralización del distrito, reduciendo el contenido metálico del agua, aunque el sedimento fino recibe su carga contaminante.

Sucesivos estudios fueron expandiendo y precisando el conocimiento adquirido. Especialmente notable fue el descubrimiento de un nivel sedimentario antiguo rico en yeso y materia orgánica en las terrazas del Río Turbio, probablemente acumulado durante un embalse temporal de su cauce, hallazgo realizado en colaboración con el equipo de investigadores españoles (Oyarzún et al., 2004). Dicho nivel, que se dató en 9640 +- 40 años, reveló contenidos medios de 750 ppm de As, 700 ppm de Cu y 4.000 ppm de Zn. En consecuencia, es obvio que el drenaje ácido del distrito precedió largamente a la actividad minera. Para precisar cuál había sido la consecuencia efectiva de dicha actividad, se examinaron los datos de monitoreo de la Dirección General de Aguas entre 1975 y 1995 a través de una memoria de título de Ingeniería Civil Ambiental que dio origen a posteriores publicaciones (Guevara, 2003; Guevara et al., 2006; Oyarzún et al., 2006a). Conclusión de ese estudio fue que la actividad minera del distrito se superpuso a un proceso natural de liberación de As y drenaje ácido rico en Cu, cuyas consecuencias contribuyó a aumentar. Sin embargo, El Indio no es la única fuente de metales pesados en la Cuenca, y los relaves abandonados o deficientemente manejados por otras operaciones mineras, como las de Quebrada Marquesa, afluente del Río Elqui, han contribuido también a la contaminación metálica.

Las consecuencias positivas del cierre planificado de El Indio, realizado por la empresa Barrick Gold, así como el potencial efecto del embalse Puclaro en la mitigación de los contenidos de metales y As de las aguas del Río Elqui, fueron analizados por otra memoria de título de la misma Carrera (Galleguillos, 2004; Galleguillos et al., 2008). El estudio concluyó que el cierre del Distrito, que incluyó el uso de un embalse de relaves como decantador para reducir los contenidos de As del agua había sido exitoso. Sin embargo, el Cierre no había conseguido mitigar la generación de drenaje ácido rico en cobre, seguramente como consecuencia de la ubicación de la mina en una zona con alto gradiente hidráulico, cuyas rocas están fuertemente fracturadas y alteradas, lo que hace físicamente imposible cerrar efectivamente las faenas subterráneas (con sus 80 km de galerías y túneles), respecto al drenaje local. En cambio, el Embalse Puclaro (200 Mm3, ubicado en la parte media de la cuenca) se mostró efectivo en reducir en cerca de 50% los contenidos de Cu, As y Fe de las aguas del río, seguramente por efecto de la precipitación conjunta de As y Cu con Fe (proceso utilizado normalmente para extraer As del agua).

Finalmente, el Proyecto CAMINAR de la Comisión Europea se desarrolló entre 2007 y 2009. Parte principal de sus actividades de investigación se efectuaron a través de memorias de título, cuyos resultados se están preparando para ser publicados. La mayor disposición de recursos permitió trabajar conjuntamente aguas superficiales y subterráneas, sedimentos del drenaje y muestras de relaves situados en los valles de la Cuenca. También permitió incorporar determinaciones isotópicas a los estudios. Se espera completar esta tarea en el curso del año 2011, pero las memorias realizadas fueron ampliamente difundidas y se encuentran disponibles en el sitio web del proyecto ( www.cazalac.org/caminar).

Cuenca del Río Limarí

Aunque la geología de la cuenca del Río Limarí es similar a la de la cuenca del Elqui, existen rasgos geomorfológicos diferentes. Por otra parte, no ha existido una actividad minera importante en la faja cordillerana andina, la cual presenta los mayores riesgos de generación de drenaje ácido por la presencia de zonas de alteración hidrotermal avanzada. En términos hidrográficos y geomorfológicos, la cuenca está constituida por dos ríos cordilleranos, el Río Hurtado que desciende desde el NE y el Río Grande (figura 4), que lo hace desde el SE, cuya confluencia en longitud 71°10′W da lugar al Río Limarí. Desde la confluencia hasta unos 35 km más al oeste, el valle se abre en una amplia cuenca cubierta de terrazas fluviales y marinas, que continúa hacia el norte por unos 40 km, hasta la Bahía de Tongoy. Sin embargo, dicha cuenca está cerrada al oeste por macizos de rocas plutónicas y metamórficas, de modo que en sus últimos 15 km el río pasa por un estrecho valle. La cuenca del Limarí es la más rica en Chile en materia de embalses construidos para fines de riego, siendo los principales La Paloma y Cogotí (750 y 150 Mm3 respectivamente). Por otra parte, es la cuenca más importante de la Región, y de toda la zona conocida como Norte Chico (26°-32° S), en materia de producción agrícola.

Los estudios geoquímicos realizados en esta cuenca se iniciaron a través de una memoria de título (Rojas, 2004), que investigó la contaminación generada en el Estero El Ingenio, afluente del Río Limarí, debida a las actividades de una planta de tratamiento de minerales de cobre. La investigación mostró que la contaminación generada a través de infiltración de aguas ácidas contaminadas desde las faenas de lixiviación-ferrocementación de la planta había formado una capa ferruginosa de unos 20 a 30 cm, rica en Cu, Zn, Mo y Hg, la que cubría el fondo del estero hasta 6 km aguas debajo de la planta. Sin embargo, la capacidad neutralizante de la acidez de las aguas del Estero, unida al “secuestro” de metales pesados por efecto de la precipitación del Fe(OH)3 había impedido que dichas aguas llegaran a contaminar el Río Limarí.

A través de otra memoria de título (Baldessari, 2007) se procesó e interpretó la información del monitoreo de la cuenca realizado entre 1980 y 2005 por la Dirección Regional de Aguas. El estudio concluyó que, pese a la presencia de zonas de alteración hidrotermal en la sub cuenca del Río Hurtado, a las que se asocian mineralizaciones análogas a las del distrito de El Indio, ellas no logran contaminar significativamente las aguas, debido al pH alcalino de las mismas, que favorece su transferencia a los sedimentos finos. Al respecto es importante señalar que aunque el As no es afectado directamente por el pH, el efecto de este último sobre la precipitación del Fe(OH)3 favorece su co-precipitación con ese hidróxido. Por otra parte, el mismo estudio señala la influencia de los embalses en la homogenización de las concentraciones de As y Cu de las aguas. En efecto, mientras éstas presentan distribuciones bi- o tri-modales aguas arriba de los embalses, tales distribuciones son uni-modales aguas debajo de ellos. En cambio, el Río Limarí, especialmente en su curso final, exhibe crecientes niveles de conductividad eléctrica, asociadas con altas concentraciones de sulfato y de cloruro. Es probable que tal situación responda al efecto conjunto de dos factores. El primero, la evaporación generada en la amplia cuenca abierta en el Río Limarí, unido al efecto evaporativo asociado al riego en las actividades agrícolas. El segundo, la posible lixiviación de contenidos de sulfatos y cloruros presentes en la terrazas marinas existentes en esta parte de la cuenca, además del aporte de cloruro de sodio marino transportado tierra adentro con las neblinas costeras (“camanchaca”). Por otra parte los altos contenidos de sulfatos son un rasgo común en las aguas del norte de Chile, al converger una larga actividad volcánico-hidrotermal con un clima árido, que también ha prevalecido por tiempos geológicos.

Un tercer estudio (Oyarzún et al., 2006b) abordó la geoquímica de los sedimentos fluviales de la Cuenca. La investigación detectó elevados contenidos de Cu (730-864 ppm), Zn (2.480-3.400 ppm) y As (14-48) ppm relacionadas con la presencia del yacimiento Coipita y alteraciones hidrotermales asociadas en la sub cuenca del Río Hurtado, condiciones análogas a las del depósito de El Indio, y que demandan cautela si ese o similares yacimientos llegaran a explotarse.

La más reciente etapa de investigación se inició en 2010 a través de un proyecto financiado por la Agencia Internacional de Energía Atómica (IAEA, Viena) que incluye dos líneas de investigación independientes (la segunda a cargo de la Universidad Católica de Chile, en el Salar del Huasco, en el extremo norte de Chile) así como la participación de la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN). La investigación realizada en la cuenca del Río Limarí tiene por objetivo central establecer el grado de conexión entre aguas superficiales y subterráneas, a través de criterios geológicos, químicos e isotópicos, así como del empleo de mediciones del gas noble radioactivo radón (222Rn). Al igual que los trabajos anteriores, incluye el desarrollo de memorias de título (Ingeniería Civil Ambiental de la Universidad de La Serena). Por otra parte, la IAEA, aparte de su apoyo en materia de equipamiento especializado, aporta también asesoría científica especializada.

En las cuencas de los Ríos Limarí y Elqui se realizaron determinaciones de Hg en agua, sedimentos y aire (Higueras et al., 2004). Aunque existen yacimientos de mercurio en Punitaqui, (cuenca del Limarí), su presencia sólo genera anomalías menores y en general el mercurio “natural” no presenta mayor problemas en dichas cuencas. Sin embargo, el tratamiento con cianuro de antiguos residuos mineros auríferos en el mismo distrito, los que contienen restos de mercurio utilizado en su anterior proceso metalúrgico, se reveló como potencialmente peligroso, debido al efecto disolvente del cianuro sobre el mercurio. También se detectaron elevados contenidos de mercurio en el aire de faenas que continúan usando mercurio para extraer el oro en la ciudad de Andacollo.

Cuenca del Río Choapa

La cuenca del Río Choapa se asemeja a la del Río Elqui en cuanto a sus valles estrechos, un rasgo que es especialmente notable en su encajonado tramo final. En su primer tramo fluye en dirección Sur a Norte. En la localidad de Cuncumén recibe el afluente del mismo nombre, que es receptor directo del drenaje del gran yacimiento de cobre-molibdeno de Los Pelambres (figura 5), perteneciente al tipo geológico denominado “pórfido cuprífero”. Desde ahí hasta su desembocadura en el mar, el río sigue un curso E-NE casi recto, seguramente controlado por estructuras geológicas mayores. En su curso recibe como afluentes el Estero Camisas, desde el Sur, y los Ríos Chalinga e Illapel, ambos provenientes desde el E-NE. Aparte de Los Pelambres, existen numerosos yacimientos menores de cobre y oro, siendo la principal operación minera de nivel medio la de Tres Valles (cobre) situada en la subcuenca del Río Chalinga. Al iniciarse las investigaciones en la cuenca del Río Choapa, se esperaba encontrar importantes anomalías de cobre, considerando la presencia del yacimiento de Los Pelambres y de su operación minera, una de las mayores del país.

También en esta cuenca se iniciaron los estudios a través de una memoria de título (Parra, 2006; Parra et al., 2010), que procesó la información de monitoreos de la DGA del período 1980-2004. En términos de iones mayores, la conductividad se relaciona positivamente con los contenidos de cloruros y sulfatos. Sin embargo, excepto en el caso del Río Cuncumén y en el Estero Aucó, afluente de Río Illapel, los contenidos de sulfato son menores a 100 mg/L, claramente inferiores a los alcanzados en las cuencas de los Ríos Elqui y Limarí. En materia de As y de metales pesados, la cuenca presenta bajos índices de concentración. Así, el promedio anual de As se sitúa entre 0,001 y 0,055 mg/L y se cumple la norma chilena de riego (NCh 1333) en un 100%. Salvo el Río Cuncumén, cuyo promedio de Cu llega a 0,47 mg/L, con un máximo de 1,85 mg/L, y sobrepasa la norma en un 73% de las muestras, y del Estero Aucó, que lo hace en un 2% de ellas, todas las muestras se encuentran bajo la norma de 0,2 mg/L para agua de riego. Otro tanto se constata para los contenidos de Fe, igualmente situados bajo la norma (5 mg/L).

Puesto que las aguas superficiales, excepto las del Río Cuncumén, mostraban bajo contenido de Cu, y un pH neutro a alcalino, se consideró probable que el metal fuera transferido (como en el caso del Río Turbio, en la cuenca del Río Elqui), a los sedimentos fluviales finos. Sin embargo, el muestreo de sedimentos realizado en toda la cuenca (Oyarzún et al., 2007) mostró que, excepto en el caso del Río Cuncumén, con 570 ppm, las 8 muestras tomadas a lo largo del curso del Río Choapa tenían un promedio de sólo 73 ppm y un máximo de 125 ppm, valores normales conforme a las cifras mundiales de referencia.

La interrogante respecto de por qué el yacimiento y la operación minera de Los Pelambres no han generado efectos de drenaje ácido puede ser abordada en términos de grado de oxidación experimentado por el yacimiento y de la litología y alteración de sus rocas encajadoras. En efecto, Los Pelambres (Atkinson et al., 1996) se emplaza en rocas ígneas de carácter máfico y que exhiben moderados grados de alteración hidrotermal. En consecuencia, éstas conservan la capacidad de neutralizar la acidez generada por la oxidación de la pirita, situación fuertemente contrastante con la que presenta el yacimiento de El Indio, emplazado en una faja de alteraciones hidrotermales de carácter argílico avanzado (Parra et al., 2010; Oyarzún et al., 2007). A ello se agrega el bajo grado de oxidación que exhibe el depósito. Sin embargo, al menos localmente, el yacimiento ha generado drenaje ácido (su nombre alude al efecto de soluciones ácidas sobre el pelaje de los animales) y la actual operación minera puede implicar condiciones favorables para la producción de soluciones ácidas en los botaderos de minerales. De ahí que ese riesgo deba ser considerado en la gestión de dichos pasivos ambientales.

Conclusiones y comentarios finales

En materias científicas los estudios realizados han permitido conocer los rangos de concentración de los iones mayores y de los elementos en trazas en las aguas y los sedimentos fluviales de la Región, entre los cuales son de especial importancia As, Cu, y Zn. Igualmente, ha sido posible precisar la importancia relativa de los mecanismos que intervienen tanto en los procesos contaminantes como en la capacidad homeostática de las aguas para regular esos niveles. En tal sentido se ha documentado la importancia que desempeña el pH alcalino de las aguas, consecuencia a su vez de la hidrólisis de los silicatos y de la aridez del medio, que limita la formación de ácido carbónico. Dos de las tres cuencas abordadas en este trabajo, las del Elqui y del Choapa, han sido objeto de explotaciones mineras importantes en las últimas décadas. En la primera de éstas la explotación de un yacimiento de mediano tonelaje ha dado lugar a una notable contaminación por Cu, lo que se explica por la alteración argílica avanzada que afecta a sus rocas, la que ha impedido el efecto tampón que normalmente cumplen los silicatos. En cambio, esa capacidad de los silicatos para neutralizar el drenaje ácido ha sido comprobada en el caso de la cuenca del Río Choapa, donde un yacimiento cuprífero de gigantescas proporciones (Los Pelambres) ha dado lugar a una contaminación solo débil o moderada en dicha cuenca, debido a que sus rocas encajadoras han retenido su capacidad neutralizadora de drenaje acido. También se ha reconocido el importante rol que desempeña el hierro, cuya hidrólisis y precipitación como hidróxido contribuye a limpiar el agua de arsénico y metales pesados, los cuales han sido transferidos a los sedimentos finos. En el caso de la tercera cuenca, Limarí, no ha existido actividad minera importante en la zona cordillerana, pero existen proyectos mineros en preparación. Se espera que las experiencias obtenidas en las otras dos cuencas sean útiles para su evaluación ambiental.

Respecto a los logros obtenidos a través de las experiencias ganadas y la formación profesional asociada a esta línea de investigación, destaca, aparte de las positivas relaciones de colaboración descritas previamente que, excepto en el caso del proyecto CAMINAR, la investigación realizada se efectuó con escasos recursos, y en forma muy libre, lo cual permitió ir adaptando el programa al interés científico de los resultados que se iban obteniendo, a la manera de la investigación científica tradicional, así como la importante participación de alumnos tesistas de la carrera Ingeniería Civil Ambiental de la Universidad de La Serena (aproximadamente 15 hasta la fecha). Varios de esos titulados han iniciado su carrera en temas relacionados y contribuyen actualmente a los objetivos de la minería sostenible tanto desde cargos públicos como en el sector privado.

Acknowledgement

Los estudios abordados en esta contribución fueron llevados a cabo por el Departamento Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena, con la colaboración de investigadores de España, Polonia y Alemania, así como de la Dirección General de Aguas de Chile y del Centro para Zonas Áridas de América Latina y el Caribe (CAZALAC), vinculado a UNESCO. Se agradece la contribución de Nicole Kretschmer en la preparación de la figura 1, y naturalmente la de todos los investigadores externos e instituciones que han contribuido de manera tan importante al logro de los resultados aquí expuestos. Esta contribución se presenta en el marco de los Programas de Investigación en Minería Sustentable (PROMIS) y de Recursos Hídricos y Medio Ambiente (PRHIMA) del Departamento Ingeniería de Minas de la Universidad, Grupo GAMMA (Grupo de Estudios en Agua, Minería y Medio Ambiente).

Referencias

Arumí JL, Oyarzún R. Las aguas subterráneas en Chile. Boletín Geológico Minero 2006 ; 117 : 35-45.

Atkinson WW, Souviron A, Vehrs TI, Faunes A, 1996. Gelogy and mineral zoning of the Los Pelambres porphyry copper deposit, Chile. In : Camus F, Sillitoe RM, R. Petersen R, eds. Society of Economic Geologists Special Publication No 5. Littleton (Colorado): SEG.

Baldessari R, 2007. Efectos naturales y antrópicos en la calidad de las aguas del rio Limarí y sus afluentes. Tesis de Ingeniero Civil Ambienta, universidad de La Serena, La Serena, Chile.

Charrier R, Pinto L, Rodríguez M, 2007. Tectonostratigraphic evolution of the Andean Orogen in Chile. In: Moreno T, Gibbons W, eds. The Geology of Chile. London : The Geological Society.

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