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Tectónica de placas y
depósitos minerales
Semestre primavera 2015
Paulina Durán - Joseline Tapia
Composición
interna de la
Tierra
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El planeta está
constituido por tres
capas principales
que de afuera hacia
adentro son: corteza,
manto y núcleo.
La corteza se divide
en: continental y
oceánica.
Figura 1. Estructura interna de la Tierra. Fuente: Plate tectonics,
Bucknell University.
Corteza continental vs oceánica
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La corteza continental
tiene un espesor
promedio de 45 km.
Tiene una densidad
promedio de 2,8 g/cm3.
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La corteza oceánica
tiene un grosor aprox.
de 8 km.
Tiene un alto contenido
de Fe, Mg y Ca.
Tiene una densidad de
2,9 g/cm3
Figura 2. Corteza continental vs corteza oceánica. Fuente: USGS, Earthquake Glossary - crust.
Corteza continental vs oceánica
Corteza continental
Corteza oceánica
Ubicación
Flota sobre el manto
Subyace cuencas oceánicas
Color
Claro
Oscuro
Espesor
0-75 km
0-10 km
Densidad
2.7 g·cm3
3.0 g·cm3
Composición
mineralógica
Rocas graníticas como granito y
granodiorita, ricos en potasio
(K), sodio (Na), aluminio (Al) y
silicio (Si).
Rocas máficas como gabros y
basaltos, ricos en magnesio (Mg) y
hierro (Fe)
Teoría de la tectónica de placas
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La teoría de la tectónica de placas fue forjada principalmente entre los años 50 y 60.
Se le considera la gran teoría unificadora de las Ciencias de la Tierra, ya que explica una gran
cantidad de observaciones geológicas y geofísicas de una manera coherente y elegante.
Figura 3. Placas tectónicas. Fuente: NASA, Putting earthquakes in their place.
Teoría de la
tectónica de
placas
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Es aquella que propone que la
capa externa de la Tierra está
constituida de placas
individuales que interactúan en
varios modos y a su vez puede
producir terremotos, volcanes,
montañas e igualmente la
corteza terrestre.
La tectónica de placas tiene su
origen en dos teorías que le
precedieron: la teoría de la
deriva continental y la teoría
de la expansión del fondo
oceánico (repasar cátedras de
MN-531).
Figura 4. Placas del cinturón de fuego del Pacífico. Fuente: Plate
tectonics, Bucknell University.
Figura 5. Tipos de límite de placas. Fuente: NOAA, There are three kinds of plate tectonic boundaries: divergent,
convergent, and transform plate boundaries..
Tipos de límite de placa
Límite
divergente
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Dorsales mesooceánicas
Rifts
Figura 6. Límites divergentes. Fuente: Tectonics website, divergent boundaries..
Figura 7. Placas tectónicas. Fuente: Science10KDHS, divergent plate boundaries.
Mapa de límites divergentes
Figura 8. Expansión del fondo oceánico. Fuente: STUDYBLUE, Geology 101, seafloor spreading..
Mapa de límites divergentes
Figura 9. Límites divergentes. Izquierda: dorsal del Atlántico, derecha: Islandia. Fuente: USGS, Understanding plate
motions.
Límites divergentes
Figura 10. Límites divergentes. Izquierda: fontanas de lava, volcán Krafla, Islandia; derecha: zona de fisuras de
Thingvellir, Islandia. Fuente: USGS, Understanding plate motions.
Límites divergentes
Figura 11. Islandia. Fuente: Kuriositas, A Rift Runs Through It: Iceland’s Divergence of the
Plates .
Islandia
Rift del E de África
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El E de África podría ser el sitio de un
próximo gran océano en la Tierra.
Las interacciones entre las placas en
la región, les otorga a los científicos
una oportunidad para estudiar cómo el
océano Atlántico comenzó hace ∼ 200
Ma.
Los geólogos piensan que si la
separación continúa, las 3 placas que
se juntan en el límite del actual
continente de África, se separarán
completamente, permitiendo que el
Océano Índico inunde el área y
haciendo que la esquina más oriental
de África (el cuerno de África) se
transforme en una importante isla.
Figura 12. Rift del E de África. Fuente: USGS, Understanding plate
motions.
Figura 13. Límites divergentes, Rift del E de África. Izquierda: mar rojo. Fuente: NASA, Science focus: Ethiopia, Red
Sea and Nile River; derecha: esquema Rift del E de África. Fuente: USGS, Understanding plate motions.
Rift del E de África
Figura 14. Límites divergentes, Rift del E de África Ethiopia. Fuente: http://ethiopiaembassy.eu/image/EthiopianRifValley.jpg
Rift del E de África
Figura 15. Límites divergentes, volcanes del Rift del E de África. Izquierda: Erta Ale; derecha: Oldoinyo Lengai.
Fuente: USGS, Understanding plate motions.
Rift del E de África
Límite convergente
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El tamaño de la Tierra no ha cambiado significativamente durante los últimos 600 Ma, y no mucho
desde su formación hace 4.56 Ba.
El tamaño no variable de la Tierra implica que la corteza debe destruirse a tasas similares de las
que se crea.
Dicha destrucción (reciclaje) ocurre a lo largo de límites de placa convergentes, donde las placas
se mueven hacia un punto común, y a veces una placa se hunde (se subduce) bajo la otra. Donde
ocurre este hundimiento se llama zona de subducción.
Figura 16. Límite convergente, subducción corteza oceánica - corteza continental. Fuente: USGS, Understanding
plate motions.
Figura 17. Límites convergentes, divergentes y transformantes. Fuente: ESRT Page 5 - Tectonic plates .
Límites convergentes
Límites
convergentes
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El tipo de convergencia que
toma lugar entre placas depende
del tipo de litosfera involucrado.
Puede ocurrir entre:
○ Placa oceánica continental
○ Placa oceánica - oceánica
○ Placa continental continental.
Figura 18. Límites convergentes. (A) Corteza
oceánica - corteza continental; (B) Corteza
oceánica - corteza oceánica; (C) Corteza
continental - corteza continental. Fuente:
GLG110 - Continental drift and plate tectonics.
Corteza oceánica - corteza
continental
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En la costa de Sudamérica a lo largo de la fosa
Perú-Chile, la placa oceánica de Nazca está
empujando y siendo subducida por la corteza
continental Sudamericana.
En contraparte, la placa Sudamericana está
alzándose, creando la cordillera de los Andes.
Sismos de gran magnitud y alzamiento rápido de
montañas son comunes en esta región.
A pesar que la placa de Nazca se hunde suave y
continuamente en la fosa, la parte más profunda
de la placa que se subduce se rompe en
pequeños fragmentos que quedan atrapados por
largos periodos de tiempo antes de moverse
repentinamente generando los sismos, los que a
menudo se encuentran acompañados de
alzamiento de la corteza.
Figura 19. Volcanismo de los Andes. Fuente:
CNRS, Les volcans dans les Andes.
Así como en la convergencia oceánica-continental, cuando dos placas oceánicas convergen, una es
usualmente subducida bajo la otra, y en el proceso se forma una fosa.
Figura 20. Límite convergente corteza oceánica - corteza oceánica. Fuente: USGS, Understanding plate motions.
Corteza oceánica - corteza oceánica
Convergencia
corteza oceánica corteza oceánica
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La fosa de Las Marianas
(paralela a las Islas Mariana), por
ejemplo, marca en punto donde
la placa del Pacífico converge
rápidamente en contra de la lenta
placa de Filipinas.
El Challenger Deep, localizado
en el límite sur de la Fosa de las
Marianas, es la zona más
profunda de la Tierra (~ 11,000
m), mucho mayor que la mayor
altura de la Tierra, el Monte
Everest (~ 8,854 m s.n.m.)
Figura 21. Fosa de las Marianas. Fuente: Wikipedia, Location of
the Mariana Trench.
Figura 22. Himalayas. Fuente: USGS, Understanding plate motions.
Convergencia corteza continental - corteza continental
Los Himalayas, cuando
dos continentes colisionan
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~225 Ma atrás, India era una gran isla quieta
situada cerca de la costa Australiana, y un gran
océano (llamado mar de Tethys) separaba India del
continente Asiático.
Cuando PANGEA se comenzó a separar a ~200
Ma atrás, India comenzó a migrar hacia el norte. A
través del estudio de la historia y el cierre del mar
de Tethys, los científicos han reconstruido el viaje
hacia de la India.
A ~80 Ma atrás, India se localizaba a ~6,400 km al
sur del continente de Asia, migrando hacia el norte
a tasas de aprox. 9 m cada siglo.
Cuando India colisionó Asia hace ~40-50 Ma atrás,
su migración hacia el norte se pausó a cerca de la
mitad.
La colisión y la disminución asociada en las tasas
del movimiento de placas se interpretan como el
inicio del rápido alzamiento de los Himalayas.
Figura 23. Viaje de India hacia el norte, colisión corteza continental corteza continental. Fuente: USGS, The Himalayas: Two continents collide.
Márgenes
transformantes
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La zona entre dos placas que se desplazan
horizontalmente una respecto a la otra se
llama límite de falla transformante o
simplemente límite transformante.
El concepto de falla transformante nació del
geofísico Canadiense J. Tuzo Wilson, quien
propuso que estas grandes fallas o zonas de
fractura conectan dos centros expansivos
(límites de placas divergentes) o, con menos
frecuencia, fosas (límites de placa
convergente).
La mayoría de las fallas transformantes se
localizan en el piso oceánico. Comúnmente
compensan los ridges expansivos produciendo
patrones de zig zag en el fondo oceánico, y
generalmente están asociados a sismos
someros. Sin embargo, algunos ocurren en la
superficie, por ejemplo, la zona de falla de San
Andrés en California. Esta falla transformante
conecta la dorsal del Pacífico Este, un límite
divergente localizado al sur, con el Ridge
Gorda Sur - Juan de Fuca - Explorer, otro
límite divergente localizado al norte.
Figura 24. Límites transformantes, falla de San Andrés.
Fuente: USGS, Understanding plate motions.
Figura 25. Límites transformantes. Izquierda, falla de San Andrés, mapa de probabilidades de sismo. Fuente: Southern
California Earthquake Center, USGS, CGS. Derecha, falla Alpina. Fuente: OTC, Alpine Fault earthquake talk.
Límites transformantes
Tectónica de placas y depósitos minerales
Figura 26. Provincia metalogénica. Fuente: Geology Indonesia, Metallogenic Province.
La tectónica de placas, así como la evolución cortical, entrega información base para comprender la
distribución y origen de los depósitos minerales y energéticos.
Figura 27. Régimen tectónico y depósitos minerales. Fuente: USGS, Geology and Nonfuel Mineral Deposits of Africa
and the Middle East.
Depósitos minerales y tectónica de placas
Generalidades
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La relación entre tectónica de placas y
depósitos minerales es significativa en
tres términos:
○ Procesos geológicos operando
debido a liberación de energía
en límites de placa controlan el
procesos de la deposición de
minerales
○ Los depósitos minerales se
forman en ambientes tectónicos
particulares los que están
gobernados por la tectónica de
placas
○ La reconstrucción de fragmentos
de continentes puede darnos
una base útil para la exploración
de nuevos depósitos minerales
Figura 28. Geología y tectónica de África y el Medio Oriente.
Fuente: USGS, Geology and Nonfuel Mineral Deposits of Africa
and the Middle East.
Límites divergentes
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Varios requerimientos
pueden ser necesarios en
cualquier ambiente
tectónico para la producción
y acumulación de
minerales.
Algunos de estos ambientes
tectónicos cumplen con
estos requisitos.
La actividad hidrotermal en
zonas de ridge da origen a:
○ Depósitos de sulfuros
○ Sedimentos
metalíferos en los
flancos de los ridges
Figura 29. Sulfuro masivo volcanogénico (VMS). Fuente: Geological Association
of Canada, Mineral Deposits of Canada, Volcanogenic-associated massive
sulfide deposits (VMS).
Límites divergentes
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Depósitos importantes que
se forman en estas
circunstancias son de Fe,
Zn, Cu, Pb, Au y Ag.
En el Mar Rojo, actualmente
se depositan sedimentos
metalíferos que contienen
Fe, Zn y Cu.
Depósitos de óxidos de Mn
son importantes en algunos
ridges, por eg. el campo
hidrotermal de TAG en la
Dorsal del Atlántico.
Figura 30. Sulfuro masivo volcanogénico (VMS). Fuente: Precious metals from
deep-sea vents.
Límites
divergentes
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Rocas ultramáficas en
ofiolitas que contienen
menas de asbestos,
cromitas y níquel. Estos
depósitos son
generalmente accesibles
en cinturones orogénicos
del Fanerozoico en los
sitios donde se han
transportado debido al
movimiento de las placas.
Depósitos de cromitas
asociados a rocas
ultramáficas
serpentinitizadas.
Figura 31. Modelo del emplazamiento del set ofiolítico Bou-Azzer. 700-750 Ma: subducción con manteo hacia el norte del océano
Pan-Africano. 680-660 MA: Formación de mélange y facies de metamorfismo de esquisto verde durante la obducción y arreglo
de terreno. 650-640 Ma: magmatismo syn-colisional cortando las estructuras más tempranas. Se asume un continente al norte
basado en la ausencia de corteza oceánica de la edad de Pan-Africa al norte de Bou-Azzer. Fuente: Bou-Azzer, ophiolites.
Figura 32. Ofiolitas. Izquierda, esquema que indica la formación de una ofiolita; derecha, secuencia de
rocas característica de las ofiolitas. Fuente: OSU, ophiolites.
Límites divergentes
Límites
divergentes
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Depósitos de sulfuro
masivo (ricos en Cu-Fe)
Tipo Chipre también se
asocian con ofiolitas y
representan depósitos
hidrotermales formados en
dorsales oceánicas.
Varios tipos de depósitos
minerales parecen tener
una relación genética con
la pluma mantélica por sí
misma, o con las huellas
que ésta produce.
Figura 33. Ofiolita, mina de Cu en Chipre. Fuente: Ophiolites, A Bit of Seafloor
Thrust Up Onto Continents.
Límites
convergentes
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Los depósitos minerales comúnmente se
encuentran en ambos, límites de placa
continental y arcos de isla.
A lo largo de la zona circumpacífica se
presentan importantes depósitos minerales
en el occidente de norte y sur américa,
Japón, Filipinas, Nueva Zelanda e
Indonesia.
Figura 34. Cinturón o anillo de fuego del Pacífico. Fuente:
Britannica.com, Ring of Fire.
Límites convergentes
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Más de la mitad del cobre mundial
proviene de los depósitos tipo Pórfido de
Cu de esta región.
Depósitos importantes que se han
asociado a márgenes convergentes del
pasado y actuales son:
○ Metales base (Cu, Pb, Zn, Mo)
○ Metales preciosos (Pt, Au, Ag)
○ Otros metales (Sn, W, Sb, Hg)
○ Depósitos de uranio en Red Bed
también se han asociado a límites
convergentes (e.g. SW de los
EEUU)
Figura 35. Diagrama del sistema mineral relacionado a
pórfidos ilustrando la ubicación relativa de los tipos de
depósitos en el ambiente geológico general de estos
sistemas y la distribución aproximada de commodities
críticos y otros alrededor de estos depósitos. Fuente:
Australian government, Porphyry-epithermal mineral system.
Límites convergentes
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La zonación de depósitos minerales
formados en varios límites de placas
convergentes parece aparente.
Por e.g. en los Andes, de oeste a este,
las zonas que se encuentran son:
○ Depósitos de Fe metasomáticos
○ Vetas de Cu-Ag y Ag
○ Depósitos tipo pórfido de Cu-Mo
○ Vetas de Pb-Zn-Ag y depósitos
de contacto metasomático
○ Depósitos de Sn
Figura 36. Depósitos minerales de oro de los Andes
Centrales. Fuente: Université de Geneve, Late Paleozoic
orogenic gold deposits in the Central Andes, South America .
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Estas zonas son producto de la progresiva liberación de metales desde la zona de la placa
subductante, con el Sn proviniendo de una profundidad de 300 km.
Los metales derivan de una combinación de placa subductante y la cuña mantélica sobreyacente.
Figura 37. Ilustración esquemática de los modos en que se forman los depósitos tipo pórfido cuprífero y epitermales de
oro. LS: baja sulfuración, HS: alta sulfuración, IS: sulfuración intermedia. Los cuadros morados destacan cualidades o
procesos que pueden producir depósitos gigantes. Fuente: Nature, Richards, J. (2013).
Límites convergentes
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Estos elementos ascienden a
través de magmas o fluidos y
posteriormente se concentran
en fluidos hidrotermales y
magmáticos.
El petróleo se presenta en
cuencas de trasarco en
márgenes convergentes donde
la materia orgánica ha quedado
entrampada y hay ausencia de
oxígeno, lo que previene
procesos de oxidación. El calor
geotermal facilita la conversión
de materia orgánica en
petróleo, y la deformación
forma trampas para la
acumulación de petróleo.
Los campos geotermales
también se presentan en
márgenes convergentes.
Límites convergentes
Figura 38. Geysers del Tatio. Fuente: Gerard Prins, Land of the living
mountains.
Límites convergentes
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Una variedad de ambientes tectónicos existe a lo largo de límites de placa de colisión. La
mayoría de los depósitos que se presenta en estos ambientes se han formado en una enorme
diversidad de ambientes tectónicos y has sido transportados a las zonas de colisión.
Figura 39. Régimen tectónico y depósitos minerales. Fuente: USGS, Geology and Nonfuel Mineral Deposits of Africa
and the Middle East.
Límites convergentes
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En consecuencia, una gran variedad de depósitos metálicos son
abundantes en estas zonas:
○ Depósitos relacionados con ridge oceánicos (ofiolitas)
○ Aquellos asociados con límites de placa convergentes
○ Depósitos minerales asociados con ambientes cratónicos
○ Depósitos minerales asociados con rifts continentales
○ Depósitos relacionados genéticamente con zonas de colisión son
los de hidrocarburos que se pueden acumular en las cuencas de
antepaís asociadas con dichas zonas. Eg. El Golfo Persa de la
sutura de Zagros en Irán.