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2. PROCESOS METALOGÉNICOS FUNDAMENTALES
Son todos aquellos procesos que están relacionados y rigen la formación de los diferentes depósitos
minerales.
Los procesos de formación de los yacimientos minerales están relacionados con los de formación y
transformación de las rocas, tales como:
Los fenómenos magmáticos
La meteorización
La erosión y sedimentación
El metamorfismo.
Es decir que los depósitos minerales se forman de la misma manera que las rocas comunes. Es
tema de este curso los yacimientos de origen magmático y metamórfico.
El estudio de los yacimientos no es una ciencia exacta y requiere del estudio y reconocimiento en el
campo. Los yacimientos endógenos son los de ambiente profundo en condiciones relativamente
altas de presión y temperatura. Los exógenos son de un ambiente de baja presión y temperatura.
En la determinación del origen de un yacimiento, se debe tener en cuenta los criterios geoquímicos,
litológicos y geométricos.
Los depósitos minerales pueden clasificarse según un número de criterios diferentes, tal como:
· Los minerales contenidos dentro de el depósito (p. ej. depósitos de pórfido cuprífero)
· La forma o el tamaño del depósito (p. ej. depósitos estratiformes y estratoconfinados)
· La roca caja (p. ej. depósitos alojados en pizarras, chimeneas brechadas)
· La génesis del depósito
Hay básicamente cinco procesos genéticos que conducen la concentración de minerales
· Los depósitos minerales hidrotermales formados en la asociación con magma y agua;
· Los depósitos minerales magmáticos concentrados en rocas ígneas;
· Los depósitos minerales sedimentarios que se precipitan de una solución, típicamente agua de mar
· Depósitos minerales de placer, que se forman y distribuyen por acción de corrientes de agua (o el
hielo)
· Los depósitos minerales residuales formados por reacciones de intemperismo en la superficie de la
tierra.
Depósitos formados por procesos ígneos, en los que la concentración de los minerales útiles
se debe a diferenciación por cristalización fraccionada en cámaras magmáticas
(Tomado de Vásquez Guzman. 1996)
Tal diferenciación tiene lugar en los primeros estadios de la cristalización de un magma basáltico de
baja viscosidad; los primeros minerales formados, espinelas y piroxenos, se acumulan en el fondo
de la cámara magmática a causa de su mayor densidad; o mediante un fundido inmiscible de
sulfuros u óxidos que cristaliza entre los silicatos ya formados y es inyectado en fallas y fracturas de
la roca caja. Constituyen los llamados depósitos de segregación magmática
Determinados magmas ultramáficos experimentan una especialización extrema, con formación de
productos altamente diferenciados y gran producción de gases que dan origen a los depósitos en
kimberlitas, lamproitas y carbonatitas.
A causa de su mayor viscosidad, estas diferenciaciones y concentraciones no tienen lugar en el
seno de los magmas graníticos, generándose en las últimas etapas de cristalización, una fracción
residual de silicatos enriquecida en elementos tales como niobio, tantalio, berilio, tierras raras, etc.
que da lugar a los depósitos pegmatíticos.
Al entrar en contacto con las rocas encajantes de una intrusión, los fluidos mineralizadores
originados en el proceso de cristalización y consolidación, se producen reemplazamientos de la roca
de caja que dan lugar a los depósitos metasomáticos de contacto.
Si fluidos o disoluciones acuosas mineralizadoras procedentes de la consolidación de una intrusión
granítica cristalizan en fracturas de la roca encajante, se forman depósitos hidrotermales,
generalmente filonianos. Asociados también a intrusiones de composición intermedia a ácida se
forman yacimientos diseminados o en "stockwork"
Depósitos formados por procesos en los que la concentración de minerales se origina a partir
de aguas calientes, salmueras etc., en la corteza terrestre.
La circulación del agua de mar a través de la corteza terrestre incorpora elementos metálicos, cuyos
minerales son depositados en los fondos oceánicos origina los depósitos exhalativos. La
precipitación de minerales de interés económico en horizontes o niveles determinados, dentro de la
propia corteza terrestre, origina los " Depósitos estratoconfinados o strata bound"; estos junto con los
depósitos filonianos, formados por relleno de fracturas, se denominan depósitos intracrustales.
Depósitos formados por procesos en los que la concentración de minerales tiene lugar en la
superficie terrestre o a escasa profundidad.
Por la acción de los agentes atmosféricos, que liberan y lixivian elementos solubles, realizando una
concentración diferencial y residual de los materiales insolubles, se forman los depósitos residuales
y de enriquecimiento supergénico.
Por concentración de minerales o metales pesados de gran dureza, a causa del discurrir o
movimiento de las aguas superficiales y/o de las corrientes y oleaje marinos, se forman los
depósitos detríticos.
En determinados ambientes, la precipitación de ciertos elementos en solución en aguas de lagos o
mares da origen a los depósitos sedimentarios de precipitación química, bioquímica y evaporíticos.
La acumulación de materia orgánica, algas, plantas, etc., en cuencas lacustres o marinas, que por
diagénesis o metamorfismo sufren carbonización, da origen a los depósitos sedimentarios
combustibles.
Depósitos formados o modificados por procesos metamórficos.
Los yacimientos minerales que se encuentran en rocas metamórficas, de acuerdo con los procesos
metamórficos a los que responden, se denominan depósitos metamórficos o depósitos
metamorfizados.
2.1. Fluidos mineralizantes
Para determinar como se forma un yacimiento se debe tener en cuenta:
a) La fuente y el carácter de los fluidos mineralizantes.
b) La fuente de los constituyentes metálicos del depósito y la forma como estos van en la solución o
en los fluidos mineralizantes.
c) La migración de fluidos.
d) La manera como se depositan los minerales.
El medio de transporte siempre es líquido o gas
Los magmas, procesos metamórficos, aguas superficiales o procesos sedimentarios están ligados
muy íntimamente con el movimiento de fluidos.
Poco se sabe de los fluidos mineralizantes en profundidad, su naturaleza se deduce de:
Observación de aguas termales
Gases volcánicos
Estudios de mena y ganga
Análisis de laboratorio
Las aguas termales generalmente se encuentran contaminadas con aguas superficiales y por
reacción con las rocas encajantes encontradas en su recorrido, lo que dificulta mas su observación y
análisis.
Estos fluidos pueden ser calientes o fríos, de origen profundo o cercano a la superficie. Los más
importantes fluidos mineralizantes se han dividido en 6 categorías que son:
- Los magmas silicatados y los fluidos magmáticos con óxidos, carbonatos o ricos en sulfuros.
- Los fluidos hidrotermales acuosos separados de magmas.
- Las soluciones mineralizantes superficiales.
- Las soluciones mineralizantes subterráneas
- Fluidos asociados a procesos metamórficos
- Los fluidos volcánicos
La fuente original de los metales es la corteza, es decir que los metales de los yacimientos son
material reciclado de la corteza pero es bien sabido que hay gran flujo de material del manto a la
corteza. Dicho material fundamentalmente es basalto en el cual hay trazas de metales, por lo tanto,
en cada erupción, se añaden metales a la corteza.
2.1.1. Magmas y fluidos magmáticos como fuente de mineralización
Los magmas que dieron origen a las rocas ígneas, han sido considerados tradicionalmente como la
fuente principal de los metales, basados en la asociación física de numerosos yacimientos a masas
ígneas.
Se debe tener en cuenta que aunque la concentración de los metales comunes es muy baja, el
tamaño de los cuerpos ígneos tan grande, hace que exista un gran volumen disperso de ese metal y
solo bastaría una ligera concentración para obtener la acumulación metalífera contenida en los
yacimientos.
Magma es un material móvil de roca fundida que se presenta de un modo natural y es capaz
de intrusionarse y extrusionarse.
El magma se puede definir como una mezcla de componentes químicos formadores de los silicatos
de alta temperatura, normalmente incluye sustancia en estado sólido, líquido y gaseoso debido a la
temperatura del magma que es por encima de los puntos de fusión de determinados componentes
del magma. En esta mezcla fundida los iones metálicos se mueven más o menos libremente. En la
mayoría de los magmas algunos cristales formadores durante las fases previas de enfriamiento de
magma se encuentran suspendidos en la mezcla fundida. Una porción alta de cristales suspendidos
y material líquido imprime al magma algunas de las propiedades físicas de un sólido. Además de
líquidos y sólidos el magma contiene diversos gases disueltos en el.
El punto de fusión del magma se ubica en profundidades entre 100 y 200 km, es decir en el manto
superior. Se supone que sólo una porción pequeña del material del manto está fundida, lo demás
está en estado sólido. Este estado se llama la fusión parcial. La porción fundida es un líquido menos
denso en comparación con la porción sólida. Por consiguiente tiende a ascender a la corteza
terrestre
concentrándose
allí
en
bolsas
y
cámaras
magmáticas.
Por ejemplo el magma máfico, que asciende continuamente a lo largo de los bordes de expansión en
los océanos se reúne en cámaras magmáticas cerca de la base de la corteza oceánica en
profundidades entre 4 y 6 km. por debajo del fondo oceánico.
El magma emplazado en alta profundidad en la corteza terrestre enfría lentamente.
En la formación del magma la presión juega un papel importante. A alta presión las temperaturas de
cristalización de los minerales son altas también. Una disminución de la presión tiene en
consecuencia una disminución en la temperatura de fusión o cristalización de los minerales. De este
modo en altas profundidades en la corteza terrestre y en el manto superior puede producirse el
magma a partir de material sólido.
Comparamos el material sólido rocoso situado en altas profundidades es decir en el manto superior
con un volumen de agua encerrado en una olla de presión hirviéndose por ejemplo a una
temperatura de T = 120°C. ¿Cómo el agua se convierte en vapor? ¿O, es decir cómo el material
rocoso se convierte en un magma? Hay dos posibilidades:
1. Se puede intensificar el fuego o es decir aumentar la temperatura hasta que el agua está en
ebullición.
2. Se puede abrir la olla de presión o sea disminuir la presión, el agua saldrá de la olla en forma
explosiva y gaseosa.
En el caso del material rocoso situado en el manto superior la diminución de la presión (la segunda
alternativa) es la más probable para la fundición del material rocoso y la generación del magma.
Volátiles
Volátiles son sustancias químicas líquidas y gaseosas que mantienen el estado líquido o gaseoso a
una temperatura (temperatura de fusión o de condensación respectivamente) más baja que la de los
silicatos caracterizados por temperaturas de fusión relativamente altas.
El magma contiene entre otros los siguientes componentes volátiles:
Agua como gas disuelto: 0,5 - 8% del magma y 90% de todos los volátiles.
Carbono en forma de CO2
Azufre
S2
Nitrógeno
N2
Argón
Ar
Cloruro
Cl2
Flúor
F2
Hidrógeno
H2.
Es una mezcla de silicatos y compuestos volátiles H2O, CO2, F, Cl, Br, H2S, S, HCl, NH4Cl (son
abundantes) HF, N2, H2, CH4, H3BO3 y CO que se encuentran a temperatura promedio de 1000°C
(1500° - 600° C) y a muy alta presión
Durante la cristalización del magma los volátiles son separados del magma en consecuencia de su
temperatura de fusión o condensación respectivamente mucho más baja que la de los silicatos. Los
volátiles se liberan junto con el magma emitido por un volcán por ejemplo. La liberación de los
volátiles es responsable de la formación de nuestra atmósfera y de la hidrosfera.
Un magma que se origine a niveles mas o menos profundos del manto se denomina magma
primario, el magma que se genera por la fusión de rocas preexistentes se denomina magma de
anatexia.
Los primeros minerales que se forman de un magma generalmente son anhidros (espinelas,
piroxenos, cromita, olivino, magnetita y plagioclasa cálcica) puesto que se desarrollan a alta
temperatura en fusiones que contienen una pequeña proporción en constituyentes volátiles, tales
minerales se denominan pirogenéticos. Su formación conduce al enriquecimiento relativo del
líquido residual en componentes volátiles que luego permiten la formación de minerales hidroxílicos
como los anfíboles y micas, los cuales se denominan hidatogenéticos.
El descenso de la temperatura que lleva a la consolidación del magma se divide en tres fases que
son:
- Fase ortomagmática.
- Fase Pegmatítica - Pneumatolítica.
- Fase hidrotermal.
En la fase ortomagmática, cristalizan únicamente los minerales pirogenéticos, algunos autores
incluyen los minerales hidroxílicos con bajo contenido de agua, la temperatura desciende hasta casi
los 800° C, se produce la cristalización de la mayoría de los cristales, menos el cuarzo, según la
serie de reacciones de Bowen.
En la segunda fase la temperatura desciende entre 800° y 600° C, el magma entra en la etapa
pegmatítica, en la cual coexisten las fases líquida, cristalina y gaseosa, cristalizan el cuarzo y la
ortosa. Posteriormente se presenta la etapa pneumatolítica, con temperaturas entre 600 y 400° C,
en la que se da un equilibrio entre cristales y gases.
Finalmente se llega a la fase hidrotermal, la temperatura está entre 100-400°C. En esta fase se
presenta un equilibrio entre soluciones acuosas, cristales y gases (componentes volátiles).
Esta solución acuosa a altas temperaturas escapa por las grietas de la roca encajante, disolviendo
parte de los componentes que encuentra a su paso, hasta que finalmente cristaliza y forma
yacimientos filonianos, que generalmente son de gran importancia económica. Las soluciones
residuales ricas en volátiles pueden ocasionar amplias alteraciones, de tal manera que los minerales
preexistentes pueden estar veteados o reemplazados por otros nuevos
La mayoría de los magmas no son homogéneos en su composición, algunas partes pueden ser ricas
en constituyentes ferromagnesianos, otras en sílice, compuestos de sodio y potasio, volátiles,
xenolitos reactivos u otras sustancias. Se cree que la composición de un magma está cambiando
constantemente, debido a las reacciones químicas; los magmas no son estáticos, ellos no son
sistemas cerrados en los cuales se pueda esperar un equilibrio. A medida que un magma se enfría,
él cristaliza y se separa en fracciones por complicados procesos de cristalización fraccional, o
diferenciación ígnea.
Diferenciación, segregación y asimilación magmática
La composición de los magmas primarios puede ser modificada dando lugar a la formación de una
gran variedad de rocas ígneas, la cual puede efectuarse de tres maneras.
Diferenciación magmática. Proceso por el que a partir de un magma inicialmente homogéneo, se
separan fracciones de diferente composición por:
•
Migración de iones o moléculas debido a la diferencia de temperaturas dando lugar a la
formación de diferentes tipos de roca, o
•
Por transferencia gaseosa, en el ascenso de las burbujas de gas pueden ser recolectados y
transportados constituyentes ligeramente volátiles del magma de un lugar a otro. O por
•
Fraccionamiento del magma como resultado de la cristalización, acentuado por la tendencia de
los cristales pesados a hundirse y la de los ligeros a flotar
Está en función del punto de fusión de cada mineral, de la gravedad y de los movimientos de
convección del magma. Los primeros minerales en cristalizar son las espinelas, piroxenos, cromita,
olivino, magnetita y plagioclasa cálcica. Ciertos minerales están asociados por que cristalizan a la
misma temperatura, el olivino y la labradorita, el cuarzo y la fayalita, la ortoclasa y la oligoclasa
Durante la diferenciación, las partes máficas del magma son enriquecidas en cromo, níquel, platino
y algunas veces fósforo. En contraste las concentraciones de estaño, zircon, torio y muchos otros
elementos se encuentran en unidades silícicas.
Segregación magmática. Concentraciones de minerales que cristalizaron “in situ”. Puede tener
lugar por caída de los cristales pesados, formados previamente, hacia la parte inferior de la cámara
magmática.
Asimilación. Si el magma posee una temperatura por encima de la cual comienza la cristalización,
este puede contaminarse por la fundición de las paredes de la cámara magmática. Si un xenolito es
parcialmente digerido, algunos de sus componentes son asimilados por el magma; si es
completamente digerido, todos ellos son asimilados. Cuando la roca de caja es magma del mismo
episodio magmático, solidificado en etapas anteriores el proceso se llama hibridación; cuando la
roca encajante es independiente, el proceso se denomina contaminación (Asimilación de calizas =
contaminación por calizas). Las rocas híbridas son comunes cerca de las márgenes de los grandes
cuerpos plutónicos
Si un magma cristalizado parcialmente es sometido a estrés externo, la fracción fluida residual
puede ser eyectada lejos de la masa cristalina original hacia las grietas que cortan el material ya
solidificado, proceso que se conoce como FILTER PRESSING O FILTRADO POR PRESIÓN, sí el
liquido es expulsado y encaja en las rocas circundantes el proceso se conoce como INYECCIÓN
MAGMÁTICA, sí el líquido es lo suficientemente rico en componentes valiosos, este producto se
conoce como DEPÓSITO DE INYECCIÓN MAGMÁTICA. Figura 5.
Magmas con predominio de sulfuros y óxidos o fracciones magmáticas que solidifican directamente
como mena son llamados Magmas de Mena, ya que estos son verdaderos magmas y no soluciones
acuosas, ellos se comportan como lo harían las rocas fundidas.
El proceso de cristalización incluyendo el de diferenciación y asentamiento de cristales, incrementa
gradualmente con la concentración de los constituyentes más volátiles y fugitivos en el resto del
magma.
Si un magma gabróico ocupa una cámara magmática cerca de la superficie este comenzará
inevitablemente a enfriarse, y los primeros cristales en precipitar son normalmente el olivino y el
ortopiroxeno, luego la plagioclasa, el resto del magma se vuelve félsico.
El agua como fase fluida es el principal componente móvil en todos los magmas, su cantidad
aumenta con el incremento de la diferenciación, y juega un papel muy importante en el transporte de
muchos componentes de mena. El rango de agua en el magma es de 1-15% (Analizado el contenido
de agua en vidrio volcánico - obsidiana) y por estudios de laboratorio en fundidos sintéticos.
Superficie
Intrusión
Segregación
de sulfuros y
óxidos
Cristalización y
diferenciación
de fundidos de
silicatos
gabroicos
Emplazamiento
en corteza
superficial
Material fundido.
Manto o corteza.
Magmas máficos.
Silicatos óxidos y
Presión
Flujos y
diques
Filter
pressing
Diques, silos.
Inyección de mena
de magma.
Depósitos de
inyección
A lo largo de zonas de
subducción. Debajo o en
corteza continental o
corteza oceánica
Figura 5. Esquema de una secuencia de eventos magmáticos tempranos formando depósitos
magmáticos y su emplazamiento.
Existen otros elementos y iones aparte del agua como azufre, cloro, flúor, boro, fósforo, CO2 y
arsénico. Micas, minerales arcillosos, zeolítas y anfíboles contienen pequeñas cantidades de agua
químicamente ligada, turmalina y axinita contienen boro, la escapolita cloro y muchos otros
minerales como fluorita, apatito y topacio muestran evidencias de la existencia de volátiles.
2.1.1.1. Magmas Máficos. El número de yacimientos formados por soluciones emanadas de rocas
básicas es proporcionalmente muy pequeño comparado con los asociados a rocas silícicas.
Esto se puede deber a la poca cantidad de agua que contienen los magmas básicos y por ello solo
pueden generar yacimientos de segregación, por ejemplo Fe, Cu, Pt, Cr, Ni.; es decir que hay una
asociación de los metales con el tipo de roca.
2.1.1.2. Magmas silícicos. En las rocas silícicas, aunque se presenta cierta asociación de algunos
metales con determinado tipo de rocas, esta relación no tiene la preferencia que existe en el caso de
las rocas máficas. Ejemplo: Au, Ag, Pb, Zn, Mo, y Wo que en general se asocian con las rocas del
grupo del granito y la diorita.
Constituyentes móviles como el cloro, son los más abundantes aunque no exclusivos de las
diferenciaciones máficas, mientras que el boro y el flúor son más abundantes en las fracciones
silícicas. El azufre es uno de los constituyentes más dominantes y más difundidos en los cuerpos
minerales de afiliación ígnea y el azufre como elemento es un producto común en las emanaciones
volcánicas.
Viscosidad del magma. El efecto de la temperatura en la viscosidad es fácilmente apreciable, tal
como cuando se calienta el almíbar o un jarabe que se vuelve más fluido, menos viscoso, la
movilidad de la lava está fuertemente influenciada por la temperatura. A medida que la lava se enfría
y empieza a congelarse, su movilidad decrece y eventualmente el flujo se detiene.
Un factor más significativo que influencia el comportamiento volcánico es la composición química del
magma recordemos que la mayor diferencia entre las rocas ígneas es su contenido de sílice (SiO2)
Tabla 8. Los magmas que producen rocas máficas tales como basalto contienen cerca del 50 % de
sílice, mientras que los magmas que producen rocas félsicas (granitos o su equivalente extrusivo,
riolitas) contienen más del 70% de sílice, los tipos intermedios andesita y diorita, contienen cerca de
60% de sílice.
La viscosidad de un magma está directamente relacionada con su contenido de sílice, en
general entre mayor sea el contenido de sílice en el magma mayor es su viscosidad. El flujo del
magma es impedido por que las estructuras de sílice se acoplan juntas en largas cadenas, aún antes
de que comience la cristalización; lo anterior por que por su alto contenido de sílice, las lavas
félsicas son muy viscosas y su tendencia es a formar flujos gruesos y cortos, en contraste, las lavas
máficas las cuales contienen menos sílice, tienden a ser bastante fluidas, se ha sabido que han
viajado grandes distancias de 150 km o más antes de congelarse.
Composición
% Sílice
Máfica (magma
Mínimo
basáltico)
50%
Intermedia (magma Intermedio 60
andesítico)
%
Félsico (magma
Máximo 70%
granítico)
Viscosidad
Mínima
Intermedia
Máxima
Contenido de
gas
Mínimo
1-2%
Intermedio
3-4 %
Máximo
4-6 %
Tendencia a formar
piroclástos
Mínimo
Intermedio
Máximo
Tabla 8. Viscosidad, % de sílice y contenido gaseoso de los magmas.
2.1.2. Fluidos Hidrotermales.
Hay evidencia en algunos casos de grandes reemplazos de la roca preexistente por los minerales
metálicos, lo cual ha llevado a pensar en que éstos han sido transportados en soluciones liquidas y
no por gases.
Aunque la depositación efectiva de una mena se produce generalmente a través de una fase liquida,
se debe considerar que el transporte gaseoso es necesario en las primeras etapas de su formación.
Esto es debido a la volatilidad de ciertos componentes especialmente cloruros y al hecho de que
una fase rica en vapor de agua debe separarse a ciertos intervalos, de un magma en enfriamiento.
Probablemente la depositación de una mena es la última etapa de un complejo proceso durante el
cual los metales son vaporizados, precipitados, disueltos y de nuevo precipitados. La aparición de la
fase gaseosa durante la cristalización de magma depende de la presión confinante como de la
cantidad de volátiles disueltos, ya que si la cantidad es pequeña, puede gastarse totalmente en
cristalización de minerales como las micas y los anfíboles por ello no todas las rocas ígneas tienen
metales concentrados.
Es posible que varios tipos de yacimientos metálicos se formen a partir de una fase gaseosa de alta
temperatura tales como depósitos de magnetita, calcopirita, scheelita en skarns junto al contacto con
intrusivo, siendo la volatilidad un factor importante en procesos metalogénicos de altas temperaturas.
Para otros metales, se requieren que formen parte de soluciones líquidas en condiciones de
temperatura más baja.
2.1.3. Soluciones mineralizantes superficiales
Los depósitos ortomagmáticos se forman en condiciones de alta presión y temperatura. Las vetas se
originan a alta temperatura o pueden producirse o modificarse durante el metamorfismo de alto
grado; sin embargo existen yacimientos que tienen origen en condiciones de baja presión y
temperatura por procesos exógenos por ejemplo las vetas formadas en superficie y yacimientos
formados durante la sedimentación. En ciertos casos la temperatura de formación varían de 0º-100º
y presiones entre 1 y 900 atm.
Los principios y técnicas de la fisicoquímica, en particular el EH y PH y los efectos de la
concentración son muy útiles para entender el significado de las asociaciones naturales, que
parecen haberse desarrollado en los ambientes acuosos.
2.1.3.1. Aguas meteóricas. Son aguas de cualquier origen que han pasado a través de la atmósfera.
Son esenciales para procesos supergénicos, los que involucran agua de origen superficial.
Agua de lluvia, nieve, neblina, rocío, nubes, gotas traídas por el viento se percolan e infiltran hacia
abajo y pueden reaccionar con la litosfera.
En equilibrio con la atmósfera el agua disuelve aire, nitrógeno, oxigeno, CO2 y trazas de gases raros.
El CO2 forma varios iones y compuestos con agua de la cual resultan soluciones conteniendo iones
débiles de ácido carbónico, ion bicarbonato (HCO3)- y el ion hidrogeno.
Esta agua comúnmente contiene unas pocas p.p.m. de NaCl en unos pocos kilómetros de costa.
Cerca a volcanes activos tiene trazas de gases magmáticos tal como SO2 y HF.
Las características químicas varían con relación al nivel freático y con frecuencia con las estaciones.
Estas separaciones no se pueden considerar independientes las unas de las otras. Figura 6.
Figura 6. Esquema idealizado de las zonas de circulación, oxidación y enriquecimiento
supergénico, causado en las rocas por acción de las aguas superficiales.
Comportamiento de algunos minerales en la zona de oxidación
Minerales de hierro
Pirita. (FeS2) El primer proceso que es el de convertirse en sulfato de acuerdo con la siguiente
reacción:
2FeS2 +7O2 + 2H20 = Fe SO4 + 2H2SO4
El sulfato ferroso se oxida a sulfato férrico de dos maneras:
12FeSO4 + 6H2O+3O2 = 4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3
ó
4FeSO4 + 2H2SO4 = O2+2Fe2(SO4)3+2H2O
Como resultado de la ionización e hidrólisis se tiene
Fe2(SO4)3 = 2Fe+3 +3SO4
6H2O = 6(OH) + 3H2 = 2Fe(OH)3 + 3H2SO4
y por hidratación del Fe(OH)3 se obtiene la limonita como producto final:
4Fe(OH)3 = 2Fe2O3 + 3H2O
El sulfato férrico es un fuerte oxidante y ataca a la pirita y otros sulfuros y genera también sulfato
ferroso
Fe2(SO4) + FeS2 = 3FeSO4 + 2S
El paso de pirita a limonita implica por tanto la formación previa de sulfato ferroso, sulfato férrico e
hidróxido férrico.
A veces el sulfato de hierro se precipita en socavones de mina en forma de estalactitas y
estalagmitas de melanterita (FeSO4 + 7 H2O).
Pirrotita. La pirrotita se comporta de manera análoga a la pirita, siendo la pirrotita un mineral
hipotermal su estabilidad en las condiciones superficiales es mucho menor y por lo tanto se
descompone más fácilmente que la pirita.
La pirrotita con H2SO4 genera H2S que puede obrar como precipitante para metales que pudieran
estar en solución en las aguas meteóricas.
Minerales de cobre
Calcopirita. (CuFeS2). Se oxida directamente en contacto con el oxigeno del aire a sulfato cúprico:
CuFeS2 + 4O2 = CuSO4 + FeSO4
En general la calcopirita oxida más fácilmente que la pirita, este sulfato de cobre es un agente de
mucha importancia en el proceso de enriquecimiento supergénico de minerales de cobre. Si las
condiciones son favorables parte del sulfato de cobre se precipita como calcantita o vitriolo azul de
cobre CuSO4+5H2O o como brocantita CuSO4 + 3Cu(OH)2 o como antlerita.
A veces el sulfato reacciona con sílice en la roca encajante y da crisocola CuSiO3. 2H2O en forma
coloidal o con calcita o con bicarbonato de calcio para dar malaquita o azurita
2CuSO4 + 2H2Ca(CO3)2 = CuCO3+Cu(OH)2 + 2 CaSO4+3CO2+H2O
El CuSO4 no se ioniza ni se hidroliza como sucede con el FeSO4
Calcosina. Cu2S. La calcosina puede oxidarse en la zona de oxidación con producción de cuprita y
cobre nativo, según la reacción
4Cu2S + 7O + 4H2O = Cu2O + 4Cu + 4H2SO4
También a partir de la calcosina por oxidación se produce covelina y cuprita
4Cu2S + O2 = 4CuS + 4Cu2O
Lindgren explica la formación de cobre nativo a partir de la calcosina con la siguiente reacción:
Cu2S +3Fe2(SO4) + 4H2O = 2Cu + 6FeSO4 + 4H2SO4
La calcosina es un buen precipitante para oro y plata y por eso a veces, se los encuentra asociados.
Minerales de plomo
Los minerales de plomo son generalmente mas insolubles que los de cobre. La galena es apenas
débilmente atacada por soluciones ácidas diluidas. Cuando hay CuSO4 en solución se forma
anglesita y covelita a expensas de la galena.
Pbs +CuSO4
Î
PbSO4 + CuS
El sulfato de plomo se deposita sobre la galena, y por ser insoluble la protege de oxidación rápida
posterior. El Pb en presencia de carbonatos forma cerusita PbCO3, la cual es mas insoluble que la
anglesita. El primer producto de oxidación de la galena es la anglesita, luego la cerusita, pero
algunas veces se forma PbCO3 directamente de PbS.
Por debajo de la zona de oxidación la galena es precipitante para Au, Ag y CuS en soluciones. El
plomo en solución, por debajo de la zona de oxidación, no se precipita como sulfuro, a menos que
en las aguas haya H2S, por presencia de pirrotina.
Minerales de Zinc
Blenda. La esfalerita por oxidación genera el ZnSO4 que es muy soluble y que pasa a las aguas
meteóricas y en presencia de carbonatos se precipita como smithsonita, ZnCO3, u ocasionalmente
como wurtzita (Blenda hexagonal) si existe H2s en el agua.
Minerales de antimonio
Estibina. La estibina o antimonita, Sb2S3, por oxidación produce la cervantita (Sb2O3.Sb2O5) y
valentinita, Sb2O3, óxidos muy insolubles. La estibina se asemeja a la galena en su comportamiento.
Minerales de arsénico
De los sulfoarseniuros de Ag, Co, Ni, Fe y de los arseniuros de Fe, Ni, Co , el arsénico se disuelve
con relativa facilidad y luego se precipita en la zona de oxidación como rejalgar, oropimente o como
arsénico nativo o como arsenatos. Parte del As puede pasar en solución a la zona freática donde se
precipita, los sulfoarseniuros de Ag pueden tener este origen.
Minerales de mercurio
El cinabrio es un mineral estable pero susceptible al ataque por HCl, en presencia de un agente
oxidante para dar HgCl2 , que en solución pasaría a las aguas meteóricas.
2.1.3.2. Agua de Mar. En la tabla 9, se aprecia que en el agua de mar hay pequeñas cantidades de
metales de las menas de sulfuros, de óxidos y de minerales asociados, estas comparadas con las
de la corteza terrestre tiene una diferencia marcada, por ejemplo el hierro en la corteza es de 56000
p.p.m. y en el mar es 0.01 p.p.m.
El agua de mar es una solución mineralizante altamente diluida de donde se pudo originar la
precipitación de menas si se dio un ambiente apropiado. El agua de mar pudo aportar los cationes +,
los ambientes los aniónes - y la combinación de los dos formó un compuesto cuya solubilidad
excedió en términos de EH, PH, temperatura etc. al ambiente en referencia.
Elemento
Hierro
Manganeso
Cobre
Zinc
Plomo
Uranio
[ ] en el mar (p.p.m.)
0.01
0.002
0.003
0.001
0.0003
0.003
[ ] en la corteza (p.p.m.)
5.6 X 104
850
55
70
10
Tabla 9. Comparación del contenido de elementos entre el agua de mar y la corteza terrestre.
Ejemplo moderno de este mecanismo en el piso oceánico es la oxidación de Fe y Mn a
consecuencia de lo cual se han desarrollado los nódulos de manganeso que ocupan amplias áreas
de los océanos, particularmente del Pacifico.
Se cree igualmente que el aporte de azufre marino, como sulfuro, resulta de la reducción de sulfato
en aguas anaeróbicas de áreas caracterizadas por un movimiento mínimo y abundante acumulación
de materia orgánica.
2.1.4. Soluciones mineralizantes subterráneas
2.1.4.1. Aguas Subterráneas. Las características químicas de éstas varían con relación al nivel
freático y con frecuencia con las estaciones.
En general el agua subterránea por encima del nivel freático promedio es oxidante y ligeramente
ácida, mientras que debajo de el tiende a ser alcalina con un EH bajo. (Eh >0 oxidante, Eh <0
reductor).
Como el nivel freático es alto y muchas de las aguas subterráneas tienen un bajo EH y PH, los
óxidos, sulfuros y carbonatos son disueltos, transportados y depositados por estas aguas. Ejemplo
es el transporte del hierro y el Mn como Fe(HCO3), que al pasar a un ambiente apropiado de EH y
PH (Eh bajo y PH básico), los dos metales son precipitados como óxidos, hidróxidos o carbonatos
produciendo los depósitos de lago y pantano de Fe, Mn y Fe-Mn.
2.1.4.2. Agua Geotérmica Profunda. Si el agua es profunda, puede alcanzar temperaturas muy altas
(T° > 300° C) consecuencia de la gradiente geotérmica. Durante su movimiento por enormes
distancias en el acuífero, inevitablemente, habrá disolución de materiales, máxime si hay evaporitas.
Estas aguas son altamente salinas ej. El mar de Salton, California y en la parte central de El Mar
Rojo.
2.1.5. Fluidos asociados a procesos metamórficos
Bajo condiciones favorables, las aguas connatas y meteóricas encerradas en rocas enterradas bajo
la superficie pueden ser puestas en movimiento y ser químicamente reactivas por calor y presión
acompañando intrusiones magmáticas o metamorfismo regional. Estas son las llamadas aguas
metamórficas que algunos geólogos consideran como activas en el transporte de minerales.
Si una cuenca es gradualmente calentada y comprimida por enterramiento y deformación regional,
sus aguas connatas serán expulsadas primero. Estas salmueras viajarían a lo largo de las zonas
permeables.
2.1.6. Fluidos Volcánicos.
La actividad ígnea va acompañada de la liberación de grandes masas gaseosas que contienen
muchos elementos y compuestos hallados en los depósitos minerales.
Zies, en el valle de los diez mil humos, encontró en los depósitos fumarólicos grandes cantidades de
magnetita, así como de sulfuros metálicos bóricos, fluoruros, boratos, azufre y molibdenita.
Evidentemente, aquellos minerales fueron llevados a la superficie en la fase de vapor, puesto que en
ninguna época hubo actividad de soluciones líquidas y su depositación fue el resultado de
reacciones entre diferentes gases y vapores.
A altas temperaturas puede formarse azufre nativo y hematita (oligisto) según las siguientes
reacciones:
2SH2 + SO2 Ι 3S + 2H2O
Cl6Fe2 + 3H2O Ι Fe2O3 + 6HCl
Oligisto
La presencia de metales en los gases y vapores, y en las soluciones acuosas de las ventanas
volcánicas son conocidas desde hace tiempo, lo cual ha sido verificado con perforaciones recientes
en áreas volcánicas en los pisos oceánicos y por el estudio de sublimados y precipitados
depositados alrededor de los volcanes del Mediterráneo, los cuales contienen cantidades
importantes de Fe, Mn, Cu, Zn, Pb, S, etc.