Origen de la salinidad en zonas de alto flujo de calor de la Cuenca Wagner

El origen de las aguas salinas o salmueras, en las cuencas marinas y continentales, es a menudo explicado mediante disímiles procesos, por ejemplo: 1) disolución de minerales evaporíticos 2) interacción agua-roca, evaporación subaérea de cuerpos de agua y 3) procesos de separación de fases (i.e. ebullición bajo condiciones hidrotermales) (Carpenter, 1978; Knauth, 1988; Shanks, 2001; Horita, 2005; German y Von Damm, 2006). Teniendo en cuenta estos distintos mecanismos, la relación Cl/Br se emplea generalmente para investigar el origen de los fluidos en diversos ambientes hidrogeológicos (Davis et al, 1998).

Carpenter (1978) propuso la evolución teórica con base en la composición química de las salmueras derivadas de la evaporación del agua de mar, comúnmente conocida como trayectoria de evaporación del agua de mar o (SET) por sus siglas en inglés (Figura 37). Bajo este proceso, la relación Cl/Br del agua de mar que se evapora permanece constante hasta alcanzar el punto de saturación de la halita (~180,000 mgL-1 _{de Cl, ~99 mgL}-1 _{de Na}

y ~610 mgL-1 _{Br). Cuando la halita comienza a precipitar, las concentraciones disueltas en Cl y Na disminuyen}

con respecto a Br, lo que provoca una disminución de los valores de Cl/Br en la solución. Las sales de Mg y K precipitan a concentraciones aún más altas (hasta 190,000 mgL-1 _{y 254,000 mg L}-1 _{de Cl respectivamente),}

afectando también los valores Cl/Br. Como se muestra en la figura, los núcleos de temperatura baja indican una composición similar al agua de mar. Por el contrario, los NTA presentan casi dos órdenes de magnitud la composición del agua de mar, siguiendo la línea SET. Este hecho sugiere procesos de evaporación del agua sin alcanzar el punto de saturación de halita. Sin embargo, algunas muestras (e.g. N23, N25, N26, N27 y N28), están ligeramente fuera del SET lo que también sugiere disolución de halita, un proceso que se localiza gráficamente a la izquierda del SET (Birkle et al, 2002; 2009) como lo indican las muestras de Salton Sea. No obstante, este proceso parece ser muy limitado, ya que la disolución de halita generalmente causa un enriquecimiento significativo en las concentraciones de Cl y una proporción mucho mayor de Cl/Br, como en el caso de las muestras del “brine” de Salton Sea (Cl = 154,000 mgL-1 _{y Cl/Br =1,556 Figura 37; Muffler and White,}

1969; Truesdell et al, 1981, Mckibben et al, 1987). Al parecer, los efectos de este proceso son menores para núcleos de temperatura alta.

A partir de este enfoque se propone que las aguas de poros de los núcleos de temperatura alta experimentan algún grado de evaporación, sin embargo, la evaporación por sí sola no justica los incrementos químicos de los cloruros relativos a los bromuros. Comparativamente, la mayoría de las muestras salinas pertenecientes a los núcleos de temperatura alta tienen valores Cl/Br entre 266 a 416, mientras que las muestras de núcleos de temperatura baja describen un rango más estrecho, con valores entre 245 y 356 (Figura 38). Dichos rangos de valores abarcan la composición actual del agua de mar (281, Tabla 9).

Figura 37. Trayectoria de evaporación del agua de mar (SET; Carpenter, 1978). Los rombos pequeños indican: a

precipitación de calcita, b precipitación del yeso, c precipitación de halita, d y e precipitación de sales magnésicas y potásicas. Los datos de la salmuera de Salton Sea son de Muffler y White (1969), Mckibben et al. (1987) y Lippman et al. (1999) respectivamente. La composición del agua es de Turekian (1968). Los contenidos de Cl y Br para el agua de mar del Golfo de California se tomaron de este estudio y de Hover et al. (1999) respectivamente.

Valores Cl/Br más bajos que el agua de mar se observan en cuatro núcleos de temperatura baja (N8 (245), N13 (261), N14 (250), N17 (270)) y tres núcleos de temperatura alta ((N2 (277), N4 (267), N6 (266)). Se propone que estos valores reflejen la presencia de materia orgánica en los sedimentos. De hecho la materia orgánica constituye la segunda fuente de Br después del agua marina (Price et al, 1970; Campbell y Edmond, 1989), por lo tanto, cualquier interacción entre el agua de mar y depósitos ricos en materia orgánica llevaría a una disminución en la proporción de Cl/Br en comparación con la relación de agua de mar original. Este proceso

está bien documentado en los fluidos submarinos de la Cuenca Guaymas (Figura 38; Campbell y Edmond, 1989) localizada al sur de Wagner. Para este caso particular, los fluidos hidrotermales tienen un contenido de Cl (21,200 mgL-1_{) similar al agua de mar, pero las concentraciones de Br alcanzan hasta 89 mgL}-1_{, arrojando bajos}

valores Cl/Br (239 a 252, Campbell y Edmond, 1989, Von Damm, 1990). Al igual que en Guaymas, la presencia de materia orgánica también ha sido reportada para la Cuenca Wagner (e.g. Prol-Ledesma et al, 2013; Ángeles et al, 2017) e identificadas a través de las firmas isotópicas del carbono en los sedimentos colectados en este trabajo (sección 6.5), por lo que esta hipótesis parece ser correcta.

Figura 38. Valores Cl/Br de importantes end-members cercanos al área de estudio. La línea discontinua negra indica la

composición Cl/Br del agua de mar. En la figura, los datos representados son de los siguientes autores: Salmuera de Salton Sea tomada de Muffler y White (1969) y Mckibben et al. (1987). Salmuera de Cerro Prieto tomada de Truesdell et al. (1981) y Lippman et al. (1999). Río Colorado tomados de Truesdell et al. (1981) y Davis et al. (1998). Fluidos submarinos de la Cuenca Guaymas tomados de Von Damm et al. (1985) y Von Damm (1990). Fluidos submarinos de los sitios MORB fueron tomados de Campbell y Edmond (1989) y de Von Damm (1990). La composición del agua marina del Golfo de California fue representada con datos de este estudio para el caso de los cloruros y de Hover et al. (1999) para el caso de los bromuros. Los datos de los núcleos de temperatura alta y baja pertenecen a este estudio.

En contraste, Cl/Br más altos que el agua de mar también son reportados en la Cuenca Wagner, tanto en NTA (e.g. N5 (327), N7 (313), N21 (318), N23 (356), N25 (356), N26 (342), N27 (416), N28 (343) como en NTB (e.g. N3 (356), N9 (344)). Altos valores han sido reportados también para los campos geotérmicos Salton Sea (1,291- 1,556) y Cerro Prieto (250-400) (Figura 38), ubicados al norte del área de estudio (Figura 2). En tales sitios, este

comportamiento ha sido explicado en términos de procesos de evaporación, disolución de sales e interacción agua-roca (Muffler y White, 1969; Truesdell et al, 1981; Mckibben et al, 1987).

Basado en estos análisis se sugiere que la variabilidad del indicador Cl/Br observada en los dos grupos de muestras (i.e. NTB y NTA) está relacionada con una variedad de procesos, que pueden involucrar la contribución de materia orgánica, la interacción agua-roca y pequeños grados de disolución de halita. De hecho, un solo proceso no explica la variabilidad Cl/Br en la mayoría de sitios MORB, cuyos valores Cl/Br entre 250 y 347 (Figura 38) han sido reportados (Campbell y Edmond, 1989; Oosting y Von Damm, 1996).