Sources, mobility and bioavailability of metals and metalloids in the mining and smelter impacted altiplanean city of Oruro, BoliviaReport as inadecuate




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1 ESE LMTG - Laboratoire des Mécanismes et Transfert en Géologie, Departamento de Geología, Departamento de Ingeniería en Minas

Abstract : Oruro is located on the Bolivian Altiplano at 230 km south of La Paz. The main hydrological system in the Altiplano is endorheic and is constituted by Lake Titicaca-Desaguadero River-Lake Poopó-Coipasa Salar TDPS sub-basins. This area presents a dry DS and a wet season WS. Despite the existence of a WS, precipitation is scarce, nevertheless, intensity increases interannually associated with ENSO events. Geomorphologically, this area is made up of the Altiplano and the Eastern Cordillera related to epithermal and Cu deposits and the Eastern Cordillera related to numerous metallogenic belts, including the well-known Sn belt. Oruro Department is located in the central part of the Sn belt, and despite mining activities having been practiced since the XVIIth century, very little is known about the geochemical characteristics and dispersion processes affecting this area. The above, motivated the detailed study of lacustrine sedimentary cores in this area. Two coring campaigns DS and WS allowed retrieving a total of 5 sedimentary cores, 4 within Lake Uru Uru 2 en the DS y 2 en the WS and one in Cala Cala Lagoon 18 km E of Oruro, the later to obtain the local geochemical background. Laboratory analysis was performed in the Laboratoire des Mécanismes et Transferts en Géologie LMTG, Toulouse, where a total of 91 sediment samples and 222 pore water samples PW were studied. The geochemical background and metalloid sources allowed us to propose that As and Sb are significantly enriched in comparison to the upper continental crust UCC, world background levels, industrialized areas and historic mining sites. These conclusions allow us to support the use of local enrichment factors EF and discard the use of the UCC to calculate EFs. Many potential sources of contaminants make it difficult to discriminate natural from anthropogenic contributions, nevertheless, we propose that anthropogenic impact in superficial soils is related to trace elements dispersion from the Vinto Smelter, while the metalloid content within Lake Uru Uru is mainly associated with mining activities. Early diagenesis processes studies, allowed us to determine that metalloids within Cala Cala Lagoon are less available and mobile than within Lake Uru Uru and high trace element concentrations in pore water are explained by the proximity to the metallogenic belts located along the Eastern Cordillera and not by anthropogenic influence. Northern Lake Uru Uru presents the lower mean dissolved trace element concentration and their behavior is highly influenced by seasonal changes. Indeed, as the reductive dissolution of Fe- and-Mn oxyhydroxides takes place, metalloids are released mainly from sediments to the water column. In this area solid state partitioning SSP of metalloids shows moderate changes between different seasons. Metalloids in southern Lake Uru Uru area are the most reactive, available and mobile. During the DS, dissolved metalloid behavior is associated with evaporation, this was not observed during the WS. The highest dissolved Sb and Mo concentrations are found in this area during both seasons and Cd only in the DS. Solid state partitioning SSP changes fractionation greatly during WS so that metalloids can be easily released into the pore water when reducing conditions are achieved, in this area the most unstable elements are Mo, U, Sb, Pb and Cd. This area represents the most important environmental concern, because besides WS, anthropogenic influence associated with the Huanuni Mine exists, probably contributing with dissolved Sb and Mo, and as demonstrated by other study, Mo competition with Cu induces dietary deficiencies in farm animals. We stress that it is in this area where most flora and fauna live and fishing is usually practiced. We recommend to better define metalloids behavior within the WC, especially during WS and cold ENSO La Niña events. Regarding mining history and climate in relation to sediment deposition within the Bolivian Altiplano, we determined that during the last century, Sn exploitation and production influenced Sb-Ag-Pb deposition in sediments from Lake Uru Uru. Additionally, ENSO events may play an important role in the precipitation of authigenic mineral during early diagenesis processes. Finally, we propose that the contribution of metalloids deposited in this area is mainly related to three sources: local geology, authigenic minerals formation under WS influence and mainly during cold ENSO events La Niña and gangues and ores from mining origin.

Résumé : Oruro est situé dans l-Altiplano Bolivien à 230 km au sud de La Paz. Le principal système hydrologique est endoréique et est constitué par les sous-bassins du lac Titicaca-rivière Desaguadero-lac Poopó-salar du Coipasa TDPS. Cette zone présente une saison sèche DS et une saison humide WS. Malgré l-existence de la WS, les précipitations sont rares, néanmoins, l-intensité augmente interannuellement associé aux événements ENSO. Géomorphologiquement, ce site est composé de: l-Altiplano et la Cordillère Occidentale liés aux dépôts épithermaux et Cu et la Cordillère Orientale liée aux nombreuses ceintures métallogéniques, la plus connue est la ceinture de Sn. Le Département d-Oruro est situé dans la partie centrale de cette ceinture, et malgré le fait que cette ville a été soumise à des activités minières depuis le XVIIème siècle, les caractéristiques géochimiques et les processus de dispersion qui affectent cette zone sont peu connus. Les faits exposés précédemment, ont motivé une étude géochimique détaillée des carottes sédimentaires lacustres dans ce domaine. Deux campagnes de carottage DS et WS ont permit de récupérer 5 carottes sédimentaires, 4 dans le lac Uru Uru 2 en DS et 2 en WS et une à la lagoon Cala Cala 18 km E d-Oruro, ce dernier pour déterminer le fond géochimique local. Analyses de laboratoire ont été effectuées au Laboratoire des Mécanismes et Transferts en Géologie LMTG, Toulouse, où un total de 91 échantillons de sédiments et 222 échantillons des eaux interstitielles PW ont été étudiés. Le fond géochimique et les sources des éléments traces nous ont permis de proposer que le fond géochimique naturel de As et Sb est significativement plus élevé par rapport de la croûte continentale supérieure UCC, les niveaux de fond mondial, les centres industriels et les sites miniers historiques. Ces conclusions nous ont permis de soutenir l-utilisation des coefficients d-enrichissement EF locaux et jeter l-utilisation de l-UCC pour calculer les EFs. Il existe une multiplicité de sources des contaminants qui ont difficulté la discrimination entre apports naturelles et apports anthropiques dans ce bassin. Cependant, nous proposons que l-impact anthropique dans les sols superficiels est liée à la dispersion des éléments traces par la Fonderie de Vinto, tandis que le lac Uru Uru est plutôt influencé par les activités minières. Études de diagenèse précoce, nous ont permis de déterminer que les éléments traces au sein du lagoon Cala Cala sont moins disponibles et mobiles que dans le lac Uru Uru et des fortes concentrations des éléments traces en solution sont expliqués par la proximité des ceintures métallogéniques situées le long de la Cordillère Orientale, et non par influence anthropique. Le nord du lac Uru Uru présente des concentrations inférieures moyennes des éléments traces dissous et leur comportement est fortement associée à des changements saisonniers, parce que l-environnement réductrice atteint au cours de la WS entraîne la libération des éléments traces que la dissolution réductrice des oxyhydroxides de Mn a lieu. Dans ce domaine, le comportement des éléments traces dans l-état solide montrent des changements modérés entre les différentes saisons. Les éléments traces dans le sud du lac Uru Uru sont les plus réactifs, disponibles et mobiles. Au cours de la DS le comportement des éléments traces dissous est associé à l-évaporation, cette réaction n-a pas été observée au cours de la WS. Les plus fortes concentrations du Sb et Mo dissous se trouvent dans cette région pendant les deux saisons et Cd que pendant la DS. Dans ce domaine, le partitionnement à l-état solide SSP montre des changements de fractionnement importants lors de la WS, impliquant que les éléments traces peuvent être facilement libérés dans l-eau interstitielle lorsque les conditions de réduction sont établies, les éléments les plus instables sont Mo, U, Sb, Pb et Cd. Cette zone affiche le souci environnemental plus important, parce que, encore l-influence de la WS, on trouve l-influence anthropique associé à la Mine de Huanuni, probablement en apportant Sb et Mo dissous et comme le montre autre étude, Mo représente une compétition pour le Cu en induisant des carences alimentaires pour animaux de ferme. Nous soulignons que c-est dans ce domaine où la plupart de la flore et faune vive et de la pêche est généralement pratiqué. On recommande de déterminer le comportement des éléments traces dans la WC, spécialement au cours de la WS et La Niña événements. En ce qui concerne l-influent de l-exploitation minière et le climat sur le dépôt des sédiments dans l-Altiplano, il a été déterminé que au cours du dernier siècle, l-exploitation et la production de Sn a influencé le dépôt de Sb-Ag-Pb dans les sédiments du lac Uru Uru. En outre, événements ENSO pourraient jouer un rôle important dans la production de minéraux authigènes pendant la diagenèse précoce. Enfin, nous proposons que le dépôt des éléments traces est influencé principalement par trois sources: la géologie locale, la formation des minéraux authigènes sous l-influence probable des événements froids ENSO La Niña et les gangues et minerais d-origine minérogénétiques.

en fr

Keywords : early diagenesis mining district

Mots-clés : Oruro Altiplano sédiments diagenèse précoce ville miniére ENSO





Author: Joseline Tapia -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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