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GOCHIMIE. - Origine des concentrations extrmes en bore et en lithium dans les

Note de Franqois Risacher, prsente par Georges Millot. saumures de l'Altiplano bolivien.

Remise le 19 juillet 1984.

Dans les saumures de ]'Altiplano bolivien, le lithium et le bore sont troitement associs et atteignent des teneurs parmi les plus leves au monde : 4,3 g/l pour le bore et 4,7 g/1 pour le lithium. Leur origine est lie li l'altration des roches volcaniques acides des bassins et non pas seulement l'hydrothermalisme.

GEOCHEMISTRY. - Origin of the Very High Concentrations in Boron and Lithium in Brines of the

In brines of the Bolivian Altiplano, boron aiid lithiuni are closely associated and reach coiicentratioiis anioiig Their origin stenis from the alteration of acid volcanic rocks

Bolivian Altiplano.

the highest in the ivorld: 4.3 g/lB and 4.7 gJ1 Li. from the catchent areas. A single hydrothermal origin is m t likely.

Concentrations of boron and lithium in brines of the Bolivian Altiplano are among the highest in the world: 4.3 g/1 B and 4.7gll Li. Higher contents of boron or lithium are known in other places (6.4 g/1 Li at Atacama, Chile and 8.2 g1 B at Searles Lake, U.S.A.), but nowhere else are such high values found for both elenients together. They originate from the alteration of acid volcanic rocks (andesite-rhyodacite) which are very abundant in the Altiplano. Boron contents range front 13 to 105 x (average: 61 x and lithium contents @ani 20 to 59 x (average: 38 x Sixty thermal and non-thermal spring-wuters of various salinity were also analysed. All these waters have relative concentrations in boron and lithium of the sanie nzagnitude (fig. 2), thus excluding a single hydrothermal origin for these elements. Both low-temperature and hydrothermal alteration lead to similar aniounts of B and Li in spring-waters. O n the other hand the high aridity and the low mean annual temperature of the Altiplano considerably reduce soil genesis. Boron and lithiuni are not significantly reinoved froni dilute waters into soils and thus concentrate freely in evaporating waters. The removal of lithiurn @om the brines as a result of sinectite formation is not detectable owing to the small amount of authigenic smectite. Only ulexite (NaCa- B,O 9.8H,0) could control the boron concentration. Nevertheless this niineral precipitates in strongly saline brines when the boron content is already very high.

Boron and lithium contents were determined in 13 volcanic rocks.

I. LE CADRE GNRAL : UN SYSTPME VAPORATOIRE. - L'Altipiano de Bolivie est un vaste bassin ferm d'altitude leve (3 700 ri 4 500 m) compris entre les Cordillres Occidentale et Orientale des Andes (Jig. 1). Ce bassin sdimentaire plio-quaternaire a t affect par un intense volcanisme acide : rhyodacites ri andsite, ignimbrites. Au Sud, volcans et coules dlimitent de nombreuses petites cuvettes fermes. La dpression centrale de l'Altiplano ainsi que les petits bassins du Sud sont occups par des depts vaporitiques.

Ce systme vaporatoire s'explique par le dficit du bilan d'eau. En effet, pour 1 700 "/an d'vaporation rgionale, prcipitations et sources sont insuffisantes. Les prcipitations, pluies et neiges, varient du Nord au Sud, de 600 100 "/an. Les sources sont de deux origines : les sources d'origine mtorique qui reprennent pour l'essentiel les prcipitations par rsurgence des infiltrations, et les sources hydrothermales lies au

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TARLEAU

Concentration en bore et en lithium dans les eaux les plus reprsentatives de I'Altiplano bolivien (STD : sels totaux dissous).

ciissrhtd solids). Conrentrurioiis in baron and lithium qf the mosi reprpresmtatiw wafers of the Bolirkm Altiplaiia. ( S TD: total

Chimisme STD g/l B mgil Limy1

Altiplano Lac Titicaca . . . . . . . . . . . . . . . . . Lac Poop0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . Salar de Coipasa . . . . . . . . . . . . . . Salar de Uyuni . . . . . . . . . . . . . . . Uyuni-Sud . . . . . . . . . . . . . . . . . . Canapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pastos Grandes . . . . . . . . . . . . . . . Cachi laguna. . . . . . . . . . . . . . . . Lornmalu . . . . . . . . . . . . . . . . . . Laguna Verde.. . . . . . . . . . . . . . .

Atacama-Chili . . . . . . . . . . . . . . . Searles lake-U.S.A. . . . . . . . . . . . . Eau de mer . . . . . . . . . . . . . . . . .

Compara is on

Na-CI -( SO,) Na-CI -( SO,)

Na - CI - 1 SO,) Na-CI-SO, ,

Na- CI -CO,

Na -CI - 1 SO,)

Mg - CI Na -Cl

Na- CI --( SO,) Na - CI - I SO,)

Na-Mg-K-CI Na - CI -CO,

Na-CI

I11 1,s 1.4-97 ?,3-173

326-335 428-053 3'5-354 175-1 040

400 4 340 255 750 3 ' 4 045 300 2 500 348 2 600 66 585

337 RSO 467 8 'O0

33 4.7

0.35 0,47-36 154-333 169-930 4 770

729 1640

848 3 080

161

h 400 80 o. 1

volcanisme rcent. Actuellement. ce bilan negatif engendre, dans lcs bassins intravolcani- ques du Sud, concentration de saumures et dp6ts de sels varis [l] : sulfate de calcium, chlorure. sulfates et carbonates de sodium. S'y ajoute I'ulexite. borate rare de calcium et de sodium (NaCaB50,.8H,0) qui se prsente en nodules et lentilles de quelques dcimtres d'epaisseur.

Dans la pass, 1'Altiplano fut occup par de grands lacs sales [2] qui ont engendr les plus grandes crotes de sel du monde, salars de Uyuni (10000 km') et de Coipasa ( 2 500 lim'). crotes tres poreuses (30-10 *J contenant des saumures interstitielles mi. ~41).

I I . TRES FORTES CONCENTRATIONS EN ORE ET LlTHILIII DANS LES SAIIMUKES. - Ces saumures ont une trs forte concentration cn bore et en lithium quel que soit leur chimisme. Le tableau presente les concentrations en sels totaux dissous (STD). en bore et en lithium pour 10 eaux et saumures de I'Altiplano, et par comparaison, pour l'eau de mer et les saumures du salar d'Atacama au Chili [5] et de Searles Lake aux tats-Unis [q. Aucune saumure connue ne prsente. la fois. les concentrations ici atteintes : B. 4.3 g,'l et Li. 4.7 g/l. Le problme abord ici est d'en rechercher l'origine, attribue habituellement aux venues hydrothermales.

EYPLICATION DE L A PLANCHE

Fig. 1. - Cadre gCntral de I'Altiplann bolivien. Fig. 1. - Ottrlific niap of rhc Bolirian Altiplano. Fig. 7. - Relations entre les sels totaux dissous (STD mg/l). le horr et le lithium (en mgil) dans les eaux des

Fig. 2. - Relutions bt*twcrw total dissolred solids ( S TD in mg/ l ) . Pormi niid litkiton in spriitg-wazim q{ the' sources de I'Altiplano.

.4lriplimx

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SOURCES: SPRINGS :

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III. ORIGINE DU BORE ET DU LITHIUM DANS LES SAUMURES. - Treize roches volcaniques de I'Altiplano ont t analyses. Les valeurs obtenues varient de 13 105. pour le bore (moyenne : 61. Ces valeurs leves ne sont pas anormales pour des roches volcaniques acides ([7], [SI). Une origine est donc ici disponible pour ces deux lments.

Soixante eaux de sources, mtoriques et hydrothermales, ont t analyses. Le bore varie de 0,17 129 mg/l et le lithium de 0,Ol 43 mg/l. Mais la figure 2 montre que toutes ces eaux prsentent une concentration relative en bore et lithium, par rapport la charge saline dissoute, du mme ordre de grandeur. L'origine hydrothermale du bore et du lithium ne peut donc tre privilgie.

Comparables sont les eaux des lacs Titicaca et Poop0 reprsentes ( f i g . 2) par des croix encercles, avec des teneurs en B et Li dj fortes. Or ces deux lacs sont aliments par des eaux d'origine mtoriques, ce qui exclut la contribution hydrothermale.

Ainsi l'origine du bore et du lithium est rechercher directement dans les teneurs des laves en ces deux lments. C'est l'altration de ces roches volcaniques par les eaux superficielles ou souterraines qui apportent ces lments aux bassins.

et de 20 59. pour le lithium (moyenne : 38.

IV. LES RAISONS DE L'ACCUMULATION DU BORE ET DU LITHIUM DANS LES SAUMURES. - Sous le climat froid et aride de l'Altipiano, le paysage, surtout dans le Sud, est dsertique, avec vgtation et sols peu dvelopps. Argiles et complexe absorbant des sols, vite saturs, ne peuvent fixer B et Li, qui restent libres dans les eaux superficielles. Dans les bassins eux-mmes, le pigeage de ces lments par les sdiments, argiles et sels, qui s'y dposent, est ngligeable. Les argiles, illites et smectites, sont en quantit trs faible, difficilement dosable, sauf dans les deltas ou palodeltas qui reprsentent un faible volume relatif. Quant aux sels majeurs, chlorures, sulfates, carbonates de sodium, ils ne renferment ni bore, ni lithium. Original est le cas de l'ulexite. Ce borate contient 13,3 % de son poids sec en bore qui est soustrait aux saumures. Mais ce sel est en lentilles pisodiques et ne commence se dposer que pour des teneurs dj leves (0,5 1 g/1 B selon l'environnement). De plus, l'ulexite est en rivalit avec les autres sels de calcium et de sodium, si bien que les teneurs en bore peuvent dpasser 4 g/l.

Au total, l'exception de l'effet partiel de l'ulexite, ni le paysage, ni les minraux n'offrent de piges efficaces au bore et au lithium, qui s'accumulent dans les saumures rsiduelles.

V. CONCLUSIONS. - 1. L'origine premire du bore et du lithium rside dans les roches volcaniques acides des bassins versants.

2. Ce bore et ce lithium sont indiffremment mis en solution par les eaux de circulation superficielle et souterraine. Les mesures ne donnent pas de teneurs suprieures pour les eaux thermales par rapport aux eaux d'origine mtorique directe.

3. Les sols sont trs peu dvelopps dans le paysage. La fraction d'argile est minime dans les sdiments. A l'exception de l'ulexite, il n'existe pas de sels concentrs en bore et lithium. Pour ces trois raisons, ces deux Clments peuvent atteindre des valeurs leves dans les saumures (B : 4,3 g/1 et Li : 4,7 g/l).

4. De cette faon, des saumures dont les teneurs en bore et en lithium se mesurent en grammes par litre, doivent tre considres comme de vritable minerais de bore et de lithium.

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REFERENCES HlRLIl~CJRAFtlIOl~ES

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