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AMBIENTE GEOQUÍMICO PRIMARIO GENERALIDADES La Exploración Geoquímica se basa en el conocimiento de que un depósito mineral normalmente presenta una "envoltura" de mineralización a su alrededor, y que un patrón de dispersión secundaria de elementos químicos es a menudo originado durante los procesos de intemperismo y erosión del depósito. El factor fundamental de la exploración geoquímica, es el intento de reconocer algún tipo de anomalía química, la cual puede ser indicativa de mineralización de valor económico. Los métodos geoquímicos de exploración están basados en gran parte en el estudio sistemático de la dispersión de elementos químicos, en los materiales naturales circundantes o asociados a depósitos minerales. La dispersión es el proceso de distribución o redistribución de elementos, causados por agentes físicos y/o químicos. Los procesos de dispersión están relacionados con el ambiente geoquímico, el que está dividido en:  AMBIENTE  AMBIENTE GEOQUÍMICO GEOQUÍMICO PRIMARIO PRIMARIO  AMBIENTE  AMBIENTE GEOQUÍMICO GEOQUÍMICO SECUNDARIO SECUNDARIO

 Ambiente geoquímico primario: abarca aquellas áreas que se extienden por debajo de los niveles de circulación de aguas meteóricas, hasta aquellos procesos de origen profundo como son el magmatismo y el metamorfismo; las condiciones presentes generalmente son: -Temperatura y presión relativamente altas -Escasez de oxigeno -Limitado movimientos de fluidos  Ambiente geoquímico secundario: comprende los procesos superficiales de erosión, formación de suelos, transporte y sedimentación; las condiciones que caracterizan a este ambiente ambiente son: -Temperatura y presión bajas -Presencia abundante de oxigeno libre y otros gases, particularmente CO 2 -Flujo de fluidos relativamente libre Milo

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El movimiento de materiales que sucede entre los ambientes primario y secundario puede ser representado gráficamente en forma de un sistema cerrado simplificado, conocido como el ciclo geoquímico el que se puede definir como la secuencia de estados que ocurren durante la migración de elementos que tiene lugar a medida que suceden los cambios geológicos. (Fig.II.1) Las rocas formadas en el ambiente primario pueden alcanzar el ambiente secundario, y muchos cambios pueden resultar por la acción de una gran variedad de procesos geológicos de los cuales los más importantes son el intemperismo, la erosión, sedimentación, diagénesis y la acción biológica. Los minerales formados bajo condiciones primarias llegan a ser inestables en el ambiente secundario, por lo que suelen ser erosionados, con el resultado de que los elementos contenidos en ellos puedan ser liberados, transportados y redistribuidos. Es durante los procesos de transporte y redistribución de elementos, que métodos geoquímicos extremadamente sensibles son particularmente aplicables, y pueden ser utilizados para encontrar ya sea la fuente primaria de la que provienen dichos elementos libres, o nuevos depósitos minerales resultantes de la redistribución de estos elementos. El término dispersión se refiere a desviaciones hacia valores más bajos de los elementos contenidos en un depósito, debido a que está siendo destruido química o mecánicamente por erosión (ambiente ( ambiente secundario). El término distribución, como distribución primaria aplicada a la dispersión de elementos en el ambiente primario, es preferido por la mayoría de los investigadores con respecto al termino de dispersión primaria.

Concentración o acumulación es la desviación del valor promedio del terreno (background) hacia valores mayores, lo que en el ambiente primario, idealmente resulta ser un depósito mineral. Milo

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El movimiento de materiales que sucede entre los ambientes primario y secundario puede ser representado gráficamente en forma de un sistema cerrado simplificado, conocido como el ciclo geoquímico el que se puede definir como la secuencia de estados que ocurren durante la migración de elementos que tiene lugar a medida que suceden los cambios geológicos. (Fig.II.1) Las rocas formadas en el ambiente primario pueden alcanzar el ambiente secundario, y muchos cambios pueden resultar por la acción de una gran variedad de procesos geológicos de los cuales los más importantes son el intemperismo, la erosión, sedimentación, diagénesis y la acción biológica. Los minerales formados bajo condiciones primarias llegan a ser inestables en el ambiente secundario, por lo que suelen ser erosionados, con el resultado de que los elementos contenidos en ellos puedan ser liberados, transportados y redistribuidos. Es durante los procesos de transporte y redistribución de elementos, que métodos geoquímicos extremadamente sensibles son particularmente aplicables, y pueden ser utilizados para encontrar ya sea la fuente primaria de la que provienen dichos elementos libres, o nuevos depósitos minerales resultantes de la redistribución de estos elementos. El término dispersión se refiere a desviaciones hacia valores más bajos de los elementos contenidos en un depósito, debido a que está siendo destruido química o mecánicamente por erosión (ambiente ( ambiente secundario). El término distribución, como distribución primaria aplicada a la dispersión de elementos en el ambiente primario, es preferido por la mayoría de los investigadores con respecto al termino de dispersión primaria.

Concentración o acumulación es la desviación del valor promedio del terreno (background) hacia valores mayores, lo que en el ambiente primario, idealmente resulta ser un depósito mineral. Milo

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Migración es el movimiento de los elementos por los procesos de dispersión y acumulación. En la figura II.2 se ilustra mediante un caso hipotético, los conceptos de dispersión, concentración, migración y enriquecimiento de los elementos químicos.

PRINCIPALES BARRERAS GEOQUÍMICAS Barrera geoquímica. Este término implica un cambio abrupto en las condiciones físico-químicas, en el medio por el cual se desplazan los elementos durante su migración. Estos cambios abruptos causan la precipitación de ciertos elementos en solución, lo que en condiciones ideales puede resultar en la formación de un nuevo depósito mineral, o en el enriquecimiento de un deposito mineral ya formado (ambiente secundario). Las barreras geoquímicas importantes y de interés en exploración geoquímica son: temperatura, presión (descompresión), pH (acidez-alcalinidad), Eh (oxidación-reducción), presencia de sulfatos y/o carbonatos, adsorción, evaporación y elementos mecánicos (cambios en la velocidad de flujos de agua).

Temperatura.- Esta es muy importante para la migración en los procesos endógenos. La importancia de ésta barrera en los procesos exógenos es insignificante. Descompresión.- En los procesos endógenos un decrecimiento abrupto en la presión dentro del sistema, juega un gran papel en los procesos de formación de minerales. Este es menos significativo en los procesos exógenos. Acidez – Alcalinidad.- Los cambios en el régimen de acidez y alcalinidad de una solución durante los procesos endógenos es algunas veces un factor decisivo en la separación de muchos componentes en la fase sólida y en la concentración de sustancias de mena. Esto es de menos significado en los procesos exógenos; sin embargo, las barreras alcalinas son las responsables para la precipitación de fierro, níquel y otros metales en solución cuando la Milo

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solución entra en contacto con las calizas en el límite con el horizonte de suelos ácidos y en niveles profundos ricos en materiales calcáreos.

Oxidación – Reducción.- Tanto en los procesos endógenos como exógenos, un repentino cambio en los ambientes de oxidación – reducción r educción en las rutas de migración tiene un efecto decisivo en la precipitación de algunos metales: a) Oxidación. Tiene lugar como aguas juveniles o continentales, con bajo contenido de oxígeno, viene en contacto con aguas superficiales ricas en oxígeno. Es muy importante en la precipitación de los óxidos de fierro y manganeso en las aguas superficiales. b)  Reducción por por ácido sulfhídrico. Causa la precipitación de la gran mayoría de metales en forma de sulfuros. c) Reducción gley. Causa la precipitación de algunos aniones de metales, tales como uranio, vanadio y molibdeno. El término gley se aplica a un suelo moteado a causa de la parcial oxidación y reducción de sus constituyentes en compuestos de fierro férrico, debido a las condiciones intermitentes de saturación de agua. Sulfatos y Carbonatos.- Ocurre en la interacción inicial de las aguas con sulfatos y carbonatos con otro tipo de aguas ricas en calcio. ADSORCIÓN.- Se considera una barrera geoquímica típicamente exógena. Esta es de gran importancia en la precipitación de elementos traza de aguas superficiales continentales. EVAPORACIÓN.- Ocurre en regiones de rápida evaporación de aguas continentales. Esta es acompañada por salinización, la formación de yeso, etc. MECÁNICA.- Resulta de cambios en la velocidad del flujo de agua (o movimiento por aire) y es responsable de la precipitación de metales pesados. Esta tiene una gran importancia en la formación de depósitos de placer. En la tabla II.1 se presenta un resumen de las principales barreras geoquímicas y sus características. Milo

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 DISTRIBUCIÓN DE ELEMENTOS EN LAS ROCAS ÍGNEAS Y   MINERALES. Las rocas ígneas en general son formadas por el enfriamiento y solidificación de material fundido (magma) bajo condiciones muy especiales de temperatura, presión y composición química en un ambiente geológico dado. Por otro lado, los magmas en general deben su origen y diversificación a diferentes mecanismos, que pueden ser primarios debido a la fusión parcial o total de rocas y materiales de diferente composición, o secundarios ya que el magma original sufre procesos de diferenciación y cristalización fraccionada, así como contaminación o mezcla con otro magma de composición diferente, para dar origen al magma en cuestión. De los procesos mencionados, uno de los más importantes para el origen y la diversificación de las rocas ígneas, es el de cristalización fraccionada, que involucra la separación de fases sólidas en el magma (series de reacción de Bowen, fig. II.3). Este proceso comienza con un magma original de composición basáltica, en el cual, a medida que se enfría, los minerales que cristalizan temprano se depositan y forman cúmulos de rocas. Por lo tanto, la mezcla magmática remanente cambia su composición, ya que ha perdido aquellos elementos que han sido incorporados a los minerales de formación temprana. Por este proceso eventualmente el magma puede pasar a través de una cristalización en series, tales como gabro-diorita-granodiorita-granitopegmatita, y en cada punto de las series cristalizan rocas con una mineralogía y composición química distintiva. Acompañando a la separación y cristalización de minerales, suceden importantes cambios en la abundancia de elementos mayores (> 1%) y menores (0.1 - 1%) en el magma. En la secuencia de cristalización, existe un gradual decremento global en el contenido de elementos como Fe, Mg, Ca y Ti, con un correspondiente enriquecimiento en Si, Al, Na y K en el líquido residual. Milo

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Los minerales que cristalizan temprano generalmente son pobres en sílice, conteniendo poco o nada de óxido de potasio, y presentan una alta relación Mg/FeO. De tal manera, el liquido residual estará enriquecido en sílice, agua y otros volátiles, así como ciertos elementos traza (< 0.1%), tales como rubidio y cesio, los que no son incorporados en los minerales formados tempranamente en cantidades significativas. En el ambiente geoquímico primario existen ocho elementos mayores: Oxígeno Silicio Aluminio Fierro Calcio Sodio Potasio Magnesio Estos elementos se encuentran presentes en la corteza terrestre en cantidades superiores al 1%, y comprenden casi el 99% de la Corteza Terrestre. Por otro lado, el titanio, hidrogeno, fósforo y manganeso se consideran elementos menores, los cuales se presentan en cantidades entre 0.1 y 1%. Todos los elementos restantes, que juntos constituyen menos del 0.5% de la Corteza Terrestre, se presentan en cantidades menores a 0.1%, a los cuales en geoquímica son llamados elementos traza e incluyen a casi todos los elementos importantes que forman a los minerales de mena y a los elementos de interés en exploración geoquímica.

 DISTRIBUCIÓN DE ELEMENTOS TRAZA En la tabla II.2 se presenta el rango de abundancia promedio de 63 elementos traza y 2 elementos menores (Ti y Mn) de interés en exploración geoquímica, tanto en la Corteza Terrestre como en varios importantes tipos de roca, suelo y agua de ríos.

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En los elementos listados en esta tabla se puede ver que el elemento con mayor valor en la corteza es el titanio (5700 p.p.m., 0.57%). También se puede notar que muchos elementos de importancia para el hombre y necesarios en la industria, y que sus nombres nos resultan familiares, son extremadamente raros, mientras que otros elementos los cuales no nos son nada familiares, son en forma inesperada relativamente abundantes. Por ejemplo el Hg, Mo, Sb, Bi y Au son más raros que el cerio (Ce), disprosio (Dy), hafnio (Hf), escandio (Sc) y galio (Ga). La razón por la que estos elementos nos sean familiares o no, es que los elementos mencionados como más raros, se encuentran en la composición química de todos los minerales fácilmente reconocibles y bajo condiciones favorables estos elementos raros son concentrados en forma de vetas y otros tipos de depósitos que pueden ser minados. Los otros elementos aunque más abundantes, raramente forman minerales individuales, encontrándose "dispersos" en las estructuras cristalinas de otros minerales, esto es, sustituyendo a ciertos elementos, por ejemplo el galio sustituye al aluminio, el hafnio al circón, el rubidio al potasio, el renio al molibdeno. En el caso del escandio, este se encuentra principalmente sustituyendo al Mg o Fe+3 en las estructuras de algunos cristales, aunque raramente se llegan a formar pequeñas cantidades de mineral de escandio particularmente en pegmatitas, como es el mineral thortveitita (Sc 2Si2O7). Las tierras raras, tales como el cerio y el disprosio, se encuentran igualmente sustituyendo al calcio en las estructuras de muchos minerales como se manifiesta en la tabla II.3, en donde se establece también la estabilidad relativa de los minerales que se ejemplifican. Estos elementos que cristalizan durante la secuencia magmática, llegan también a formar sus propios minerales, como la monacita, xenotima, allanita, los que en ocasiones son encontrados en cantidades lo suficientemente grandes como para ser considerados depósitos de tierras raras (carbonatitas y arenas de playa).

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Así también, en la tabla II.3 se manifiestan algunos minerales ígneos comunes, además del contenido aproximado de un buen numero de elementos menores y traza que puede estar presente en ellos. Los elementos traza contenidos en estos minerales formadores de rocas, son el origen de los valores de background encontrados en suelos residuales formados a partir de rocas ígneas o metamórficas, así como el background de las rocas mismas. En esta tabla, es importante señalar que ciertos elementos, aunque llegan a entrar en las estructuras cristalinas de los silicatos formadores de rocas durante la cristalización del magma (Li, Be, Nb, Ta, Sn, U, Th, W, Zr y tierras raras), estos tienden mas bien a ser concentrados en los fluidos residuales ricos en agua y otros componentes (Hf, HCl y CO 2). Estos elementos, aunque son encontrados en pequeñas cantidades en los minerales formadores de rocas, son característicos en las pegmatitas. En las rocas ígneas, la distribución de elementos mayores está controlada por la estabilidad de minerales individuales, la que a su vez está gobernada por condiciones de temperatura y presión, y por la disponibilidad de elementos en el magma residual. Del mismo modo en que el contenido de elementos mayores y menores se concentran en un magma a medida que se lleva a cabo la cristalización, lo mismo sucede con el contenido de elementos traza. Se mencionó que ciertos elementos traza son capaces de penetrar en las estructuras de minerales formadores de rocas. Si esto ocurre, esos elementos son entonces removidos del magma, y de esta forma se elimina la posibilidad de que sean concentrados en depósitos minerales en el ambiente primario. Otros elementos traza, tales como aquellos que ocurren comúnmente en pegmatitas y en ciertos depósitos hidrotermales, aunque son encontrados en pequeñas cantidades en minerales formadores de rocas, comúnmente permanecen móviles hasta que alcanzan un medio en el cual son capaces de Milo

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cristalizar como minerales estables, ocasionalmente en cantidades económicamente significativas.

 DISPERSIÓN Y HALOS PRIMARIOS Muchos depósitos minerales de origen ígneo o hidrotermal se caracterizan por la presencia de una zona central, tal como una veta, en la cual, los minerales o elementos de valor pueden estar concentrados en porcentajes económicos. El grado de concentración de los elementos de valor presentes en dicha zona central del depósito puede ser de tres tipos: -- En un rango alto. Como en el caso de depósitos de barita, fluorita o manganeso. -- En un rango de bajo porcentaje. Como en el caso de depósitos de plomo y zinc. -- En un rango de partes por millón (p.p.m.). Como en el caso de oro y platino. Alrededor de dicha zona central del depósito, en la mayoría de los casos existe una disminución progresiva en el contenido de elementos de valor en la roca que la encajona, hasta que el contenido de dicho elemento alcanza el del valor normal de la roca encajonante, y es clasificada como background del terreno. El área que rodea a la zona central del deposito, en la cual el contenido de elementos de interés disminuye hacia los valores de background del terreno es llamada halo o aureola primaria. Los halos primarios representan los patrones de distribución de los elementos que fueron depositados como resultado de una dispersión primaria, estos es, la distribución o redistribución de dichos elementos tuvo lugar en el ambiente primario, lo que implica: Que la dispersión de elementos fue originada por procesos del interior de la tierra. Que el halo fue formado al mismo tiempo, o casi al mismo tiempo, que la  zona central del yacimiento. Milo

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El halo puede variar considerablemente en tamaño y forma con respecto a la morfología y tamaño del cuerpo mineral emplazado. Algunos halos primarios pueden ser detectados a distancia de cientos de metros, mientras que otros no tienen mas que algunos centímetros de ancho. Los halos primarios pueden asumir una variedad infinita de formas debido a lo variable del movimiento de los fluidos en las rocas. Algunos de los factores principales que determinan el tamaño y la forma de un halo primario son: -Condiciones de movilidad de los elementos en solución -Volatilidad de los elementos -Tendencia a formar minerales extraños -Factores físicos tal como viscosidad y presión del magma -Tendencia de los fluidos a reaccionar con la roca huésped (como calizas). -Microfracturas en las rocas Muchos halos primarios, especialmente aquellos en donde los elementos han sido introducidos en rocas masivas no fracturadas, muestran en forma característica una disminución logarítmica desde la zona mineralizada hacia la zona de background .

TIPOS DE HALOS PRIMARIOS Los halos primarios han sido clasificados considerando el tiempo de emplazamiento y la geometría desarrollada por el halo. Con respecto al tiempo de emplazamiento se reconocen dos tipos:

 Halos primarios singenéticos.- formados esencialmente en forma contemporánea con la roca encajonante, por ejemplo, halos asociados a pegmatitas o segregaciones ultramáficas.  Halos primarios epigenéticos.- formados después que la roca ha cristalizado y resultan por la introducción de soluciones mineralizadas a lo largo de fracturas, fallas y superficies de debilidad en donde son emplazadas esas soluciones. Milo

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En la figura II.4, se esquematiza de manera representativa un halo primario de un cuerpo mineralizado, que bien podría corresponder a una veta. Con respecto a las características geométricas desarrolladas, los halos primarios son clasificados según Hawkes 1975, en:

 Modelos regionales.- resultado de una amplia impregnación (hasta varios kilómetros) de una gran masa rocosa, por soluciones hidrotermales u otros fluidos que emanaron de zonas profundas.  Modelos de filtración. (leakage patterns). - presentan sistemas de conductos de soluciones bien definidas que corresponden a rasgos estructurales por donde se han movilizado las soluciones.  Modelos de roca encajonante (wallrock patterns). - en estos, la roca adyacente a los conductos por las que circularon las soluciones, ha sido modificada por actividad hidrotermal (alteraciones hidrotermales). El modelo de filtración generalmente implica que la migración del o los elementos sean a lo largo de conductos conformados por fallas, fracturas, microfracturas y otros“caminos” conductores del cuerpo mineral y el halo de filtración es desarrollado en las rocas sobreyacentes durante o poco tiempo después del emplazamiento del depósito (Fig. II.5). Los halos de filtración varían ampliamente en tamaño y forma. Comúnmente son angostos, sobre estructuras verticales, pero pueden ser anchos, ovales o circulares sobre troncos fuertemente fracturados. Estos halos han sido identificados en fallas y sistemas de fracturas a más de 150 metros de los depósitos minerales y pueden ser detectados en la mayoría de los diferentes métodos de muestreo geoquímico, particularmente en las muestras de suelos, rocas y agua. Estos halos son especialmente importantes porque su presencia en rocas de la superficie del terreno, ofrece muchas expectativas en la búsqueda de algunos tipos de menas en depósitos ocultos.

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Dentro de los halos de filtración, existe un tipo que ofrece aun más esperanzas para el descubrimiento de depósitos ocultos, y son los halos de filtración gaseosos, ya que ciertos elementos, como el mercurio, emanan de las soluciones hidrotermales y se mueven a través de espacios porosos en rocas y en suelos en forma de gases, migrando mas lejos que otros elementos como resultado de su extrema movilidad y volatilidad. Gases radiogénicos como el radón o el helio, que son producidos por la descomposición de uranio y torio, forman halos de filtración gaseosos que pueden ser considerados epigenéticos o secundarios. La tabla II.4 muestra algunos gases que pueden ser utilizados como indicadores o guía, en la exploración de ciertos depósitos minerales. El reconocimiento e interpretación de halos primarios es uno de los principales objetivos de los estudios geoquímicos de roca. Una vez que un halo primario es localizado, usualmente no existe ninguna dificultad para encontrar la acumulación de elementos o mineral que causo este halo, a causa de lo limitado de la existencia de estos halos (generalmente menos de 150 metros desde el depósito).

 PATHFINDERS O ELEMENTOS GUÍA Al hablar sobre halos primarios, se subrayó que muchos elementos son encontrados en las soluciones hidrotermales, siendo algunos de estos elementos más móviles que otros, ya sea por causa de las condiciones fisicoquímicas de las soluciones en que se encuentran, o por su propio estado físico (por ejemplo el gaseoso), siendo esta movilidad de los elementos lo que permite el desarrollo de extensos halos primarios. El elemento que constituye la parte mas alejada del halo que envuelve al cuerpo mineral, generalmente no es el mismo elemento que comprende el mineral principal del deposito, sin embargo es uno que esta estrechamente relacionado con éste. Fig. II.4 El hecho de que uno o más elementos (o minerales) puedan estar estrechamente asociados, y puedan constituir un halo, ayuda en el Milo

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descubrimiento de depósitos minerales “después de buscados”, lo que lleva al concepto de elemento guía, elemento indicador o  pathfinder (Warren y Delarault, 1953, 1956). Un pathfinder se define como aquel elemento (o gas) relativamente móvil que está en asociación estrecha con el elemento que está siendo buscado, pero que puede ser encontrado más fácilmente debido a que forma un amplio halo, o porque puede ser detectado más fácilmente por métodos analíticos. Existen dos razones básicas para elegir el uso de los pathfinder en una exploración geoquímica:

1 ) son más móviles que el elemento buscado, de tal manera que forman un halo más extenso y amplio, por ejemplo el uso de mercurio o arsénico como pathfinder para oro. 2 ) los métodos analíticos utilizados para los pathfinder son más simples, menos caros y más sensibles que los métodos utilizados para analizar el elemento del cuerpo mineral. Un buen ejemplo es el uso de los elementos fácilmente analizables como el cobre, níquel o cromio como  pathfinder para el platino. La selección de un pathfinder requiere que el elemento o elementos usados ocurran en el ambiente primario en estrecha asociación con el elemento que está siendo buscado, o que sea derivado de él por descomposición radioactiva, tal como el uso del radón como  pathfinder para el uranio. Es también esencial que exista una relación directa e interpretable entre la distribución geoquímica del pathfinder y la mineralización. En algunos casos, el elemento pathfinder puede estar en la ganga de un depósito, en otros casos puede haber penetrado en la estructura de la mena mineral (sustituyendo a ciertos elementos). En el caso de menas polimetálicas, incluso alguno de los elementos mena puede ser el pathfinder para el yacimiento.

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Los pathfinders son particularmente útiles en la búsqueda de depósitos minerales ocultos, porque generalmente forman grandes halos. Los pathfinders son usados en los ambientes primario y secundario. Los pathfinders representativos son listados en la tabla II.5, incluyendo algunos elementos poco usados, por ejemplo, el uso de oro como pathfinder para la búsqueda de pórfidos cupríferos (Learned y Boissen, 1973). PROVINCIAS GEOQUÍMICAS

Son áreas relativamente grandes y bien definidas de la Corteza Terrestre, que presentan una composición química distintiva. Su tamaño puede ser de decenas, de cientos, e incluso de miles de kilómetros (Bradshaw et al, 1972), siendo las Provincias Geoquímicas los ejemplos más grandes de halos primarios que existen. Las áreas que comprenden las Provincias Geoquímicas generalmente están compuestas de sucesiones de diferentes tipos de roca, pero todas las rocas, o la mayoría de ellas, aveces de diferente edades, presentan características geoquímicas similares de disminución o enriquecimiento de algún (o varios) elemento (s). Dentro de una Provincia Geoquímica puede haber considerables diferencias en la distribución de elementos individuales, o asociaciones de elementos, para rocas del mismo tipo pero de diferentes edades. Así mismo, el contenido de elementos traza en tipos de roca similares, difieren de provincia en provincia. Entre los ejemplos mas conocidos de provincias geoquímicas, están las zonas productoras de cobre en Chile y Perú; el cinturón de cobre porfídico que se extiende por el oeste de México y Estados Unidos, a través de Columbia Británica, hasta el Yukon; la zona de carbonatitas (con tierras raras, estroncio, etc.) del este de África; el cinturón de níquel de Australia; etc. Otra forma de hablar de Provincias Geoquímicas es incluir la asociación del tipo de roca, la mineralización especifica y el área geográfica. Por ejemplo, unas rocas graníticas que tienen mayor contenido de cobre y molibdeno del normal (cobre porfídico en granitos alterados del SW de Estados Unidos), mientras que otras rocas similares tienen mayor contenido de estaño (granitos Milo

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ricos en estaño de Bolivia); las rocas máficas pueden ocurrir en grupos o racimos con alto contenido de níquel--platino--cromio, como en Sudáfrica, y esas, del mismo modo, constituyen una provincia geoquímica. Las Provincias Geoquímicas pueden también basarse en la composición de las rocas sedimentarias, como en el caso de las rocas carbonatadas del Valle del Mississipi, con mayor contenido de Pb - Zn del normal, o las lutitas enriquecidas con cobre de Alemania y Zambia. Las Provincias Geoquímicas son útiles en la exploración, porque delimitan amplias áreas (de dispersiones primarias) en las cuales existen ocurrencias probadas de un metal, por consiguiente, representan lugares ideales para comenzar programas de exploración. La ocurrencia anormal de cualquier elemento, sugiere que es probable la mineralización general dentro de la provincia. Algunos ejemplos de esto son el descubrimiento de al menos cuatro yacimientos mayores de cobre porfídico dentro de un área, relativamente pequeña en el sur de Columbia Británica (U.S.A.) en la década de los 60's, y el gran número de descubrimientos de níquel en el "Cinturón de níquel", cerca de Kalgoorlie, al suroeste de Australia. Beus y Grigorian (1977) definen a las Provincias Geoquímicas, como unidades de corteza a gran escala, caracterizadas por rasgos comunes en su evolución geológica y geoquímica, expresados en la composición geoquímica de sus constituyentes geológicos o formaciones, así como en las concentraciones metalíferas y no metalíferas, endógenas y exógenas, de sus elementos químicos. El termino Provincia Metalogenética es usualmente utilizado para nombrar a las Provincias Geoquímicas, pero es utilizado para caracterizar exclusivamente una abundancia inusual de un elemento metálico en particular o una asociación de ellos en una área determinada, por lo que Boyle (1967) y otros autores lo consideran incorrecto, ya que argumentan que una provincia no únicamente está indicada por la presencia de un elemento mena, sino por las variaciones características en algunos otros elementos, los que necesariamente deben de ser mena. Con todo eso, el término Provincia Metalogenética es más común en la literatura geológica que el término Provincia Geoquímica, y se puede definir sencillamente como áreas y regiones que contienen importantes depósitos Milo

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minerales con suficientes características en común como para sugerir que los depósitos están generalmente relacionados.  LAS PROVINCIAS METALOGENÉTICAS DE MÉXICO (DAMON ET AL, 1981)

Damon y Clark (1981) sugieren que las Provincias Metalogenéticas de México (fig. II.6) forman cinturones de gran extensión, con orientaciones nortenoroeste, paralelas a la costa del Océano Pacifico, originadas por el magmatismo ocurrido durante el Cretácico--Terciario, relacionado al margen convergente que existió en esta porción del continente, en el norte de México se observa la siguiente sucesión de provincias, comenzando con el borde occidental de Sinaloa, y en dirección noreste:

1) Pórfidos y yacimientos metasomáticos de Cu (W, Mo) 2) Vetas de Au - Ag. 3) Vetas y brechas de Sn 4) Vetas de Hg-Sb 5) Vetas y Chimeneas ( breccia pipes) de Pb – Zn - Ag 6) Vetas de Mn 7) Mantos de Pb – Zn - Ag 8) Depósitos de U (derivados de ignimbritas por alteración hidrotermal) 9) Depósitos estratiformes de Cu-Ba 10) Depósitos vulcanogénicos y metasomáticos de Fe 11) Mantos y Vetas de CaF 2 12) Ocurrencia de Mo tipo Climax (continuación en México del cinturón de molibdeno del SW de Estados Unidos) Además se puede observar la presencia de una provincia costera de cobre fierro en Baja California y una de fierro en el borde del sur de México.

CLASIFICACION GEOQUÍMICA DE GOLDSCHMIDT En el capitulo sobre la distribución de elementos en las rocas ígneas y minerales, específicamente en la sección sobre la distribución de elementos traza, se comentó que ciertos elementos, aun cuando su abundancia en la corteza terrestre es muy baja, forman cantidades de minerales que pueden Milo

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llegar a ser explotados, mientras que otros elementos que son más abundantes en la corteza, nunca o raramente, forman sus propios minerales. V.M. Goldschmidt dedicó su carrera en geoquímica al estudio de la distribución de los elementos en la Tierra, así como al intento de formular una serie de leyes mediante las cuales la distribución de los elementos en la Tierra pudiera ser explicada. El planteamiento que hizo Goldschmidt sobre el problema de la distribución de elementos, se basó en la idea de que la distribución primaria o inicial de los elementos en nuestro planeta, probablemente tuvo lugar durante o poco tiempo después del tiempo de formación de la Tierra Primitiva. En su historia mas temprana, la Tierra estuvo fundida y basándose en la composición de meteoritos, que pueden ser divididos en tres grupos mayores, de hierro--níquel, de troilita (FeS) y de silicatos, Goldschmidt dedujo que el enfriamiento del planeta tuvo lugar en tres fases separadas: una fase de metales una fase de sulfuros y una fase de silicatos. Los resultados de sus estudios mostraron que la distribución de elementos en los meteoritos, en productos de fundición, en rocas naturales, en depósitos de sulfuros y en el tan raro fierro nativo terrestre, concordaban todos razonablemente bien, y concluyó que los elementos pueden ser clasificados en función de su afinidad geoquímica: 1) Siderófilos: con afinidad por el fierro; concentrados en el núcleo de la tierra. 2) Calcófilos: con afinidad al azufre; concentrados en sulfuros. 3) Litófilos: con afinidad por los silicatos; concentrados en la Corteza Terrestre. 4) Atmófilos: como gases en la atmósfera. La tabla II.6 ilustra esquemáticamente el agrupamiento de los elementos de Goldschmidt. Cabe hacer notar que algunos elementos tienen características comunes de dos grupos. Por ejemplo, el oro es principalmente siderófilo, pero Milo

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a menudo ocurre con sulfuros (calcófilo). El cromio es fuertemente litófilo en la corteza terrestre, pero si se tiene deficiencia de oxigeno, como en algunos meteoritos, es calcófilo y puede formar un sulfuro de Fe - Cr (daubreelita, FeCrS4). El agrupamiento de la tabla II.6 es una indicador cualitativo aproximado de las asociaciones naturales, y ofrece explicaciones parciales para ciertos fenómenos, tales como la escasez de metales del grupo del platino y el oro en la corteza terrestre, ya que su afinidad geoquímica indica que esos elementos son siderófilos, y por lo tanto, están concentrados en el núcleo de la Tierra. El carácter geoquímico de un elemento y su posición en la tabla periódica, puede ser correlacionado con el tipo de enlace químico que este elemento prefiere. Los enlaces iónico, metálico y covalente están relacionados en forma general a los grupos litófilo, siderófilo y calcófilo respectivamente. Los elementos litófilos ionizan fácilmente y tienden a formar o a estar asociados con silicatos, en los que se encuentra el enlace iónico (transferencia de electrones como en cloruro de sodio), los elementos calcófilos forman enlaces covalentes (participación de electrones como en el caso de la esfalerita) con sulfuros, o con selenio o con telurio, si están presentes; los elementos siderófilos normalmente prefieren el enlace metálico característico de los metales y no tienden a formar compuestos con el azufre o el oxigeno, lo que explica porque el oro y el platino comúnmente ocurren como minerales nativos. Un quinto tipo de afinidad geoquímica reconocido por Goldschmidt es el de los elementos biófilos, en el que se incluyen aquellos elementos comúnmente concentrados en organismos, principalmente C, H, O, N, P, S, y Cl, así como ciertos elementos traza como el vanadio, manganeso, cobre, fierro y boro. Otros geoquímicos han propuesto diferentes clasificaciones geoquímicas, aunque usualmente basados en el trabajo de Goldschmidt. La tabla II.7 presenta una clasificación de  Beus y Grigorian, basada en elementos afines Milo

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únicamente a la litosfera, que es la parte de la Tierra de mayor interés para la exploración geoquímica. De esta forma, si el fierro y sus elementos asociados forman un grupo especifico basado en su abundancia en el núcleo de la Tierra (elementos siderófilos) y si tan solo consideramos a la litosfera, el fierro y ciertos elementos asociados (V, Cr, Co, Ni, pero no Au y el grupo del Pt) pueden ser clasificados como un subgrupo de los elementos oxífilos, en esta clasificación también se utilizan dos categorías adicionales: Elementos nobles e hidrófilos.

ASOCIACIONES GEOQUÍMICAS En los temas sobre las series de reacción de Bowen, los halos primarios y pathfinders, se mencionó que ciertos elementos están comúnmente asociados entre ellos. Una de las aplicaciones mas prácticas de este conocimiento ha sido el uso de  pathfinders o elementos guía en la exploración geoquímica. Sin embargo, existen algunas asociaciones en las cuales ninguno de los elementos es aparentemente apropiado para su uso como  pathfinders, comúnmente por causa de su carencia de movilidad en los ambientes primario y secundario. Pero esas asociaciones tienen un importante significado, ya que la presencia de un elemento en cierto lugar, puede generalmente sugerir, o incluso requerir, la presencia de otros elementos. Por ejemplo, en las pegmatitas que contengan los minerales fácilmente reconocibles de Li, Be, Ta y Sn, tal como la espodumena, la lepidolita, el berilo, la tantalita y la casiterita, la ocurrencia de pollucita (silicato de cesio) es una posibilidad distintiva. En suma, el hafnio siempre se encuentra dentro de minerales de circonio, las tierras raras La – Ce –Pr - Nd y usualmente Sm, están siempre asociadas, y los depósitos de Cu porfídico generalmente contienen algo de Mo y Au. En la tabla II.8 se manifiestan algunas asociaciones geoquímicas de los elementos más importantes y que son probables de detectarse en la Exploración Geoquímica. En algunos casos la asociación es la misma que Milo

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aquella de la lista de pathfinders (tabla II.5), un pathfinder también puede ser un elemento asociado.

debido

a

que

Las asociaciones presentadas en la tabla II.8 incluyen tanto al ambiente geoquímico primario como al ambiente geoquímico secundario. Algunas asociaciones, tal como Pb – Zn - Cu, pueden ser encontradas en ambos ambientes, pero otras son restringidas a uno de los dos ambientes geoquímicos. Esto es a causa de la diferencia de movilidad que presentan los elementos bajo condiciones ambientales extremadamente diferentes. Por ejemplo, algunos elementos como el Li, Be, Rb, Cs, Nb y Ta permanecen asociados durante todo el proceso ígneo, siendo concentrados en la fase pegmatítica, pero son desasociados durante el ciclo de erosión y sedimentación. ASOCIACIONES DE MINERALES DE IMPORTANCIA ECONÓMICA

La esfalerita y la galena están comúnmente asociadas y a la vez es muy posible que vengan acompañados por pirita, además de que existen grandes posibilidades de que se presente algo de calcopirita también. La asociación antes mencionada es tan frecuente, que en mapas franceses es abreviada como B – P – G - C (blenda – Pirita – Galena -Calcopirita ). La fluorita y la blenda son minerales asociados comunes y de hecho son tan a menudo encontrados en vetas de B – P – G - C que podemos usar la ocurrencia de fluorita y/o blenda como un indicio en la localización de pirita, galena y calcopirita. Otra asociación de minerales de importancia económica es wulframita – topacio – turmalina – casiterita , pudiéndose usar a la wulframita, o tal vez al topacio o turmalina como una guía para prospectar a la casiterita. De igual manera, la ocurrencia de molibdenita observada en los yacimientos de alguna mina o analizado a partir de un mapa, puede ser una guía para depósitos de cobre porfídico. Milo

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Como ejemplo de asociaciones de minerales económicas, podemos mencionar que en la mina Walton, Nueva Escocia, un rico cuerpo de plomo - zinc cobre - plata fue encontrado a una profundidad de 75 metros mientras se minaba un cuerpo de barita. Las asociaciones minerales se utilizan de la misma forma que los elementos indicadores o pathfinders en Exploración Geoquímica, pero con algunas limitaciones. Los depósitos minerales presentan asociaciones individuales con la litología y en general con el ambiente geológico en donde se desarrollan. De esta manera, cuando una "asociación" es mencionada sin la palabra "general" en la misma oración, y la palabra "excepto" en el mismo párrafo, esto puede causarnos errores. La tabla de asociaciones de minerales económicos debe de ser tomada con un "general" firmemente en la mente y con un amplio sitio para "excepto". Además, existe la condición de que los minerales comúnmente ocurren en un arreglo zonal mas bien que todos juntos, de tal forma que la asociación depende también de la parte del deposito mineral en el que nos encontremos, y otros minerales y otras zonas deberán ser esperadas a mayor profundidad.

AMBIENTE GEOQUÍMICO SECUNDARIO INTRODUCCIÓN Las rocas y minerales que son estables en el ambiente geoquímico primario, cuando alcanzan el ambiente geoquímico secundario son frecuentemente inestables, de tal manera que por la acción de diferentes procesos, principalmente el intemperismo, los elementos contenidos en ellos pueden ser liberados, transportados y redistribuidos en suelos, aguas y en la atmósfera (volátiles), obteniéndose la formación de grandes halos de dispersión secundaria. Además bajo condiciones favorables en el ambiente secundario se pueden llegar a generar nuevos yacimientos de minerales o el enriquecimiento de yacimientos preexistentes.

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Se reconocen dos tipos de intemperismo:  Intemperismo físico  Intemperismo químico El intemperismo físico incluye aquellos procesos de disgregación de las rocas, los que no implican reacciones químicas ni cambios mineralógicos pero sí  reduce el tamaño de las partículas y genera una mayor superficie específica para el ataque químico. El intemperismo químico involucra la descomposición de rocas y minerales y la dispersión de los elementos liberados es generalmente por agua, algunas veces a distancias considerables de la roca fuente. En este tipo de intemperismo son esenciales el agua en abundancia, oxígeno y bióxido de carbono. El intemperismo químico generalmente es capaz de causar mucho más cambios en los constituyentes de las rocas que el intemperismo físico, aunque este último resulta más efectivo en ambientes con carencia de agua, o en ambientes con climas fríos, así como aquellas áreas con topografía abrupta. El ambiente geoquímico secundario es de suma importancia en la exploración geoquímica y la mayoría del muestreo y análisis se realiza en los materiales encontrados en este ambiente. Los halos secundarios son mucho más grandes que los formados en el ambiente geoquímico primario, y son generados por mecanismos completamente diferentes.

INTEMPERISMO FISICO Este tipo de intemperismo causa que las rocas se fragmenten con ningún o muy poco cambio químico, juega un papel menor que el proceso de intemperismo químico, pero es importante en climas muy fríos o muy secos, en donde el intemperismo químico es inhibido, y en áreas con topografía muy abrupta. Donde el intemperismo químico es predominante, el intemperismo físico  juega un papel suplementario, aunque la destrucción física de las rocas es importante porque prepara a las rocas para la subsecuente y más potente Milo

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intemperismo químico, ya que incrementa el área superficial susceptible al ataque químico. Ejemplos de intemperismo físico puro, de interés en exploración geoquímica incluyen su acción en zonas glaciares, con la subsecuente reducción a detritos de la roca fragmentada, transportada y depositada para conformar morrenas y otros depósitos glaciares. En áreas desérticas, por la carencia de agua, el intemperismo físico por viento es el principal agente tanto de intemperismo como de erosión.

INTEMPERISMO QUÍMICO El intemperismo químico puede definirse como las reacciones químicas entre las rocas y minerales y los constituyentes del aire y el agua en o cerca de la superficie terrestre. Muchos minerales que fueron estables en el ambiente geoquímico primario, son inestables en el ambiente geoquímico secundario y en consecuencia muchos cambios químicos tuvieron lugar durante el intemperismo en un intento de mantener su equilibrio. El orden de resistencia al intemperismo químico de los minerales formadores de rocas es:  Minerales nativos-----óxidos-----silicatos-----sulfuros. De manera general se considera que todas las reacciones químicas relacionadas con el intemperismo químico involucran cuatro procesos relativamente simples: ionización, adición de agua y bióxido de carbono, hidrólisis y oxidación, incluyendo algunos procesos físicos y biológicos. Algunas reacciones en el intemperismo químico son:

Hidrólisis.- Es la separación de las moléculas de una sustancia por adición de agua. El intemperismo de los silicatos es principalmente un proceso de hidrólisis, por medio de la cual las especies iónicas H + y OH-, llegan a ser incorporadas en las estructuras de los minerales.

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Existe una secuencia de alteraciones de minerales en el ambiente secundario en donde los minerales formados a elevadas temperaturas generalmente se alteran mucho más rápido que los minerales formados a bajas temperaturas y esta secuencia sigue muy de cerca el orden de cristalización en las Series de Reacción de Bowen. La hidrólisis pueden ilustrarse por la siguiente reacción para la alteración del olivino rico en fierro (fayalita) por agua con un pH de 7. Fe2SiO4+4H2O

2Fe(+2) + 4OH + H2SiO4

(1)

Si tomamos en cuenta que el agua de lluvia puede ser de un  pH bajo (cuando esta en equilibrio con el bióxido de carbono de la atmósfera tiene un  pH de 5.7) y más bajo si está reforzada con H + adicional (en áreas volcánicas e industriales en donde el SO 2, H2SO4, HCl y otros gases y ácidos son descargados a la atmósfera, llega a tener un  pH de 3.0) y otras fuentes (por ejemplo ácidos orgánicos en suelos), esta agua en la zona de intemperismo puede rápidamente atacar a los silicatos. La hidrólisis de la ortoclasa involucra dos reacciones, una para el potasio y otra para el aluminio. En la siguiente ecuación, la ortoclasa es intemperizada a caolinita, sílice e hidróxido de potasio soluble: 2KAlSi3O8 + 3H2O

Al2Si2O5(OH)4 + SiO2 +2KOH

(2)

También ocurre la hidrólisis en carbonatos: MgCO3 + H2O

Mg(+2) + OH + HCO3

(3)

Es importante hacer notar que cualquier solución en contacto con silicatos no puede permanecer mucho tiempo en condiciones ácidas, y si el contacto es continuo, la solución llegará eventualmente a ser alcalina, esto es para el caso de las ecuaciones (1) y (2), para el caso de la ecuación (3), la solución llega a ser cada vez más alcalina. Otro punto importante es que no únicamente el Fe, Mg y K llegan a ser liberados, sino también todos aquellos elementos menores y traza presentes en la estructura de los minerales comunes formadores de rocas. Algunos permanecerán en suelos mientras que otros llegan a ser móviles y entran en las aguas subterráneas y eventualmente en el sistema de drenaje. Estos Milo

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comprenden los valores de background en muestras de suelos, sedimentos y agua colectadas como parte de un programa de explotación.

Oxidación.- Es la reacción de una sustancia con el oxígeno. No obstante la importancia de la hidrólisis en el intemperismo de silicatos, la oxidación es el proceso de intemperismo de mayor interés para la exploración geoquímica, produciendo gossans, óxidos de fierro y manganeso y halos de dispersión secundaria de sulfuros. Los efectos de la oxidación pueden ser ilustrados en los elementos fierro, manganeso y azufre, ya que son los elementos de minerales formadores de rocas y menas para los que la oxidación es un importante factor de intemperismo, aunque también otros elementos menores y traza que se encuentran presentes en pequeñas cantidades son oxidados, como lo es el uranio, antimonio y vanadio. Fierro.- En rocas ígneas y metamórficas, la mayoría del fierro se presenta en estado ferroso Fe(+2) mientras las rocas permanezcan en un ambiente reductor. Al ser expuestas a la meteorización, el fierro ferroso tiende a oxidarse a fierro férrico Fe(+3). Los compuestos que contienen fierro ferroso son normalmente de color verde, mientras que aquellos que lo contienen en estado férrico son de color café o rojo. Los óxidos férricos pueden ser encontrados en forma anhidra Fe 2O3 (hematita) o en dos formas hidratadas de FeO(OH), lepidocrosita y goethita, comúnmente con arcilla y otras impurezas y estos conforman principalmente a las limonitas. Estos óxidos férricos son extremadamente estables, otros compuestos férricos en la zona de oxidación son poco comunes. Cuando un silicato de fierro, tal como el olivino, entra en contacto con aire o agua y oxígeno, el resultado será la oxidación, como se muestra en la siguiente ecuación: 2Fe2SiO4 + O2 + 4H2O

2Fe2O3 + 2H4SiO4

(4)

En la naturaleza la oxidación es normalmente acompañada por hidrólisis y carbonatación, porque el CO2 esta casi siempre presente en el  Ambiente Geoquímico Secundario. Milo

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La ecuación para la oxidación de la siderita, un carbonato de cobre, es la siguiente: 4FeCO3 + O2 + 4H2O

2Fe2O3 + 4H2CO3

(5)

Aunque en los silicatos más complejos el proceso de oxidación del fierro opera de la misma forma, esto es la formación de óxidos de fierro insolubles. La descomposición de la biotita, en la cual el ácido carbónico se incluye entre los reactivos es: 4KMg2FeALSi3O10(OH)2 + O2 + 20H2CO3 +nH2O 4KHCO3+8Mg(HCO3)2+Fe2O3.nH2O+2Al2Si9O10(OH)2+SiO2+10H2O

(6)

Y como en la hidrólisis, otros elementos serán ionizados y liberados, llegando a ser móviles en condiciones acuosas. De esa forma los elementos traza en la biotita son liberados y mientras no formen compuestos insolubles, permanecerán móviles inicialmente. Manganeso.- Este elemento es oxidado de manera muy similar al fierro. Así, podemos sustituir con Mn 2SiO4 al Fe2SiO4 en la ecuación (4) y con MnCO3 (rodocrocita) a la siderita en la ecuación (5). El MnO 2 es el producto insoluble en ambas reacciones. En las rocas del ambiente primario, el Mn está presente en estado manganoso (Mn+2) el que es rápidamente oxidado al estado mangánico (Mn +4), además de que puede ocurrir en el estado de Mn +3 y de hecho, algunos minerales de manganeso lo contienen en dos estados de valencia. (braunita 3Mn2O3.MnSiO3). El producto de su oxidación es MnO 2, comúnmente pirolusita, aunque otros polimorfos de este compuesto son mas o menos abundantes, como la ramsdellita. Todas las formas de MnO2 son negras y se encuentran como delgadas capas o películas sobre superficies rocosas y fracturas y en sedimentos de arroyo. Azufre.- La oxidación del azufre es la más importante para la Geología Económica y la Geoquímica. En el ambiente primario este elemento se presenta en la forma S(-2)como sulfuros, aunque también existen estados de valencia desde S(0) que corresponde al azufre elemental, hasta el mas alto y estable estado S(+6) en sulfatos SO4(-2). Milo

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La pirita y la marcasita FeS 2 están entre los sulfuros más abundantes y son muy fácilmente intemperizados. La reacción se describe mejor en pasos: 2FeS2 + 7O2 + 2H2O

2FeSO4 + 2H2SO4

(7)

4Fe(OH)3 + 4H2SO4

(8)

El sulfato ferroso es oxidado: 4FeSO4 + O2 + 10H2O

El hidróxido férrico es finalmente transformado a goethita o lepidocrosita: 4Fe(OH)3

4FeO(OH) + 4H2O

(9)

Combinando las ecuaciones (7), (8) y (9), el intemperismo de sulfuros de fierro involucra la oxidación tanto del fierro como del azufre: 4FeS2 + 15O2 + 10H2O

4FeO(OH) + 8H2SO4

(10)

Una vez que el ácido sulfúrico ha sido formado, este puede reaccionar con más pirita y marcasita: FeS2 + H2SO4

FeSO4 + H2S + S

(11)

Esto explica porqué pequeñas cantidades de azufre nativo son algunas veces encontradas en afloramientos y porqué el H 2S es un gas común en minas de carbón y depósitos de sulfuros. En reacciones subsecuentes el bióxido de azufre puede ser generado. El sulfato ferroso y el ácido sulfúrico generados por la oxidación de sulfuros de fierro, son poderosos agentes en la descomposición de otros sulfuros minerales, por ejemplo de Cu, Zn, As y Ag. Una vez que el ácido sulfúrico es formado, el pH se ve disminuido drásticamente, por ejemplo de 7 a 2.5 o aún mas, y en este ambiente ácido muchos otros sulfuros (esfalerita, calcopirita, argentita, bornita, etc.) o minerales nativos, como la plata, son atacados y es permitida la movilización inicial de metales importantes de sus respectivos minerales, así como aquellos minerales presentes en cantidades menores y traza.

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Reacciones similares a las ecuaciones (7), (8), (9) y (10) puede suceder para la oxidación de muchos otros sulfuros, como calcopirita (CuFeS 2) y bornita (Cu5FeS4) Aquellos sulfuros que no contienen fierro como la esfalerita y la galena, pueden ser oxidados directamente o ser disueltos por el sulfato ferroso o el ácido sulfúrico. Cualquiera que sea el mecanismo, la oxidación de estos sulfuros conduce a la formación de soluciones ácidas. El ácido sulfúrico generado durante la oxidación puede reaccionar no únicamente con sulfuros sino también con rocas carbonatadas, como calizas, resultando en la formación de yeso: CaCO3 + H2SO4 + 2H2O

CaSO4.2H2O + H2CO3

(12)

En suma, el ácido sulfúrico puede encontrar otras rocas y minerales con los que puede reaccionar, tal como arcillas aluminosas, en cuyo caso puede dar lugar al Sulfato de Aluminio. Durante el proceso de hidrólisis, existe la presencia de ácido carbónico en el agua de lluvia o en agua subterránea. Este ácido puede también contribuir a la oxidación del azufre, por ejemplo en el caso de la galena: PbS + H2CO3 + 2O2

PbCO3 + H2SO4

(13)

En este caso es un precipitado insoluble el carbonato de plomo (cerusita). La reacción de galena con ácido sulfúrico forma anglesita (sulfato de plomo) el que es también insoluble y comúnmente forma una capa sobre la galena y de esa manera impide que continúe la oxidación. Estas reacciones comunes que involucran a la galena muestran que la movilidad de elementos depende en gran parte de los productos de cada reacción. Si son formados compuestos insolubles, como la anglesita, la dispersión hidrogeoquímica no será un factor de importancia. Sin embargo, otros sulfatos (como los de  Zn y Cu) son muy estables en el agua y en este caso los elementos tenderán a formar amplios halos secundarios. El ácido carbónico también puede oxidar el fierro de los silicatos, como en el olivino rico en Fe. (fayalita): Milo

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Fe2SiO4 + 4H2CO3

2Fe(+2) + 4HCO3(-1) + H4SiO4

(14)

Esto es seguido por la oxidación del Fe: 4Fe(+2) + 8HCO3(-1) + O2 + 4H2O

2Fe2O3 + 8H2CO3

(15)

El ácido carbónico también puede disolver calizas: CaCO3 + H2CO3

Ca(HCO3)2

(16)

Es importante mencionar que muchas de las ecuaciones aquí presentadas son simplificaciones de los complejos procesos reales y algunos de los productos no han sido encontrados en la naturaleza.

 Krauskopf (1967) resume que los resultados netos de los procesos del intemperismo químico de sulfuros: a) Pone a los iones metálicos en solución, o en compuestos estables insolubles bajo condiciones superficiales. b) Convierten el azufre en ion sulfato. c) Producen soluciones relativamente ácidas. Bacterias.- Ciertos organismos, particularmente las bacterias reductoras de azufre y las oxidantes de fierro, son de importancia en la búsqueda de depósitos minerales por su capacidad química de oxidar o reducir, afectando de esa manera la movilidad de los elementos. El grupo de bacterias  Ferrobacillus, tiene la habilidad de oxidar al fierro ferroso, mientras el grupo Thiobacillus es capaz de oxidar sulfuros y otros compuestos de azufre a sulfatos. Algunas especies, como la Thiobacillus ferroxidans, encontrada en aguas ácidas de minas, son capaces de oxidar tanto compuestos de azufre como de fierro, mientras que las bacterias Thiobacillus thioxidans, encontrada en suelos, oxida compuestos de azufre pero no de fierro. Todas esas bacterias crecen en un medio ácido ( pH 2-3), habitando en aguas ácidas de minas y en sulfuros ferrosos oxidados como pirita y calcopirita, con la producción de ácido sulfúrico, fierro soluble y en el caso de la calcopirita, fierro y cobre. Milo

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La oxidación por bacterias de sulfuros no ferrosos es más compleja. En el caso de liberación por bacterias del elemento zinc de la esfalerita, o del molibdeno de la molibdenita, tal liberación de elementos es incrementada aproximadamente diez veces en presencia de pirita. Reacciones como:

4FeS2 + 15O2 + 2H2O

2Fe2(SO4)3 + 2H2SO4

(17)

son descritas para denotar la oxidación de la pirita por bacterias, reacción que es similar a la ecuación (7). Algunas especies de bacterias oxidan el Mn (+2) a Mn(+4) resultando en la precipitación de óxidos de manganeso. Las bacterias también participan en reacciones reductoras. Las mas importantes pertenecen a los géneros Desulfovidrio y Desulfotomaculum. Ellas son anaerobias y reducen el sulfato (del agua, por ejemplo) a H2S. SO4(-2) + 8e + 10H(+1)

H2S + 4H2O

(18)

Algunos metales presentes en la solución formarían sulfuros metálicos por reacción con el H2S. La acción de bacterias reductoras de azufre ha sido usada para explicar la formación de muchos depósitos estratiformes de metales base. Las bacterias son agentes importantes en la formación de suelos y en cambios que ocurren en la composición química de menas minerales en o cerca de la superficie de la Tierra. Se piensa que grandes depósitos de manganeso en Rusia, se han formado por la participación de bacterias oxidantes de Mn. También se cree que las bacterias tienen gran importancia en los óxidos de manganeso que precipitan en los manantiales termales en el área de Badgastein en Alemania. Se conoce una bacteria anaerobia fermentativa productora de hidrógeno por la descomposición de moléculas orgánicas. Tal bacteria ha sido encontrada en aguas subterráneas, suelos, fangos y salmueras. Se considera que el hidrógeno Milo

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producido de esta forma puede ser el agente para la reducción del U (+6) a U(+4), lo que resulta en la precipitación de uraninita y otros minerales uraníferos. También el metano puede ser producido por bacterias, el que actúa de manera similar al hidrógeno. FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN AL INTEMPERISMO Se ha comentado que el intemperismo químico actúa a través de procesos como son la Hidrólisis, la Oxidación y otros, seguidos por la  Lixiviación, Precipitación de minerales y así sucesivamente. También se comentó que el intemperismo requiere de aire, que proporciona oxígeno y bióxido de carbono, así como agua que participe en las reacciones y en el transporte de sus productos solubles del intemperismo. Pero existen también otros factores ambientales que influyen en el intemperismo, de los cuales los más importantes son:

a) Clima.- Incluye precipitación pluvial y cambios de temperatura. La precipitación pluvial controla la cantidad de agua, la que es esencial para que las reacciones de hidrólisis y oxidación se desarrollen y para el transporte de los productos solubles. De hecho, sin agua el intemperismo químico no existe. La temperatura además de ser un factor físico importante, controla la relación de evaporación y congelación del agua, ya que por cada 10°C que se eleve la temperatura, la relación de reacciones químicas se incrementa en un factor de 2 o 3. La combinación de precipitación pluvial y temperatura en un área controla la cantidad de vegetación, y las raíces de las plantas ejercen efectos mecánicos importantes que contribuyen al rompimiento de las rocas, además algunas de ellas desarrollan un bajo pH en las puntas de sus raíces, lo que es una fuerza muy poderosa en los procesos de intemperismo químico en general. Algunas veces, las plantas remueven selectivamente algunos elementos, los cuales en un estado posterior en su ciclo biológico reaparecen en estados muy susceptibles para el intemperismo químico. b) Actividades biológicas.- Algunas bacterias tienen la habilidad de oxidar al fierro y al azufre y algunas otras bacterias son capaces de reducir al azufre. Otros ejemplos de actividad biológica son los ácidos orgánicos que se Milo

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generan alrededor de las raíces de las plantas y los generados por bacterias que descomponen a la vegetación. Los productos de estos procesos biológicos interactúan con las rocas y debilitan su superficie, haciéndolas más susceptibles al intemperismo químico y físico. El intemperismo biológico esta restringido a zonas de suelos cercanos a la superficie c) Material original.- Ciertas características como la textura, porosidad, permeabilidad y la naturaleza de la roca misma, afectan el rango de intemperismo químico. Por ejemplo las rocas porosas pueden ser atacadas químicamente con mayor rapidez que aquellas rocas que se presenten más densas e impermeables; así como los minerales de grano fino son más susceptibles al ataque químico que aquellos de textura más gruesa. d) Topografía.- La topografía influye en el intemperismo químico de varias formas, como es el de controlar el rango de escurrimiento superficial y de aquí la cantidad de humedad disponible para las reacciones químicas, controla también el movimiento de aguas subterráneas y por lo tanto el rango de transporte de productos solubles, e influye en el proceso de erosión que consecuentemente genera una exposición de la litología preexistente.

En áreas montañosas, especialmente en aquellas con alta precipitación pluvial, la erosión física es extremadamente rápida y los detritos son removidos antes de que puedan ser intemperizados. En tales lugares las anomalías geoquímicas son mejor detectadas en los detritos clásticos de valles y deltas. En este tipo de ambiente (topografía abrupta y alta precipitación) el viento, las corrientes de agua, el desprendimiento de tierras, el deslizamiento de suelos y otros procesos son muy activos, siendo la disgregación física la de mayor actividad y el intemperismo químico de menor participación. El otro extremo es una zona plana con abundante precipitación, en donde existe muy poco escurrimiento superficial, mientras que la infiltración es máxima. Pero a causa de que el flujo superficial es muy poco, los productos solubles no se mueven libremente y el intemperismo químico es inhibido. Las condiciones topográficas favorables al intemperismo químico son encontradas en áreas de moderado relieve en donde el escurrimiento superficial no es excesivo y el agua subterránea es capaz de circular libremente. Aún aquí, las variaciones locales de la topografía resultan en diferentes grados de intemperismo. Milo

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APLICACIÓN DEL pH  Y  Eh EN EL AMBIENTE SECUNDARIO. Cuando un elemento químico es liberado de las rocas mediante la meteorización, su migración supergénica, esto es su movilidad y dispersión, depende en gran parte de los factores como son la adsorción, solubilidad, el pH y el Eh de un ambiente. Tabla 9 y Tabla 10. Durante la oxidación de los sulfuros se generan valores bajos de pH (acidez alta) y en este ambiente muchos metales son móviles, pero la movilidad decrece cuando se incrementa el valor de pH (más alcalino). El pH es uno de los principales factores que controlan la movilidad de los elementos en el ambiente geoquímico. Cuando el fierro y el manganeso se encuentran en estado reducido, esto es como Fe+2 y Mn+2, son móviles en muchos ambientes naturales, sin embargo tan pronto como sean oxidados al estado +3 y +4 respectivamente, su movilidad en el ambiente secundario es fuertemente disminuido y se observan en forma de gel o como precipitaciones de óxidos de fierro y manganeso, por lo que el estado de valencia determina en gran parte cuando estos elementos quedan en solución o precipitan. Este es un ejemplo de la importancia del proceso de óxido – reducción. Por otro lado, se ha identificado que por encima del nivel freático el ambiente es oxidante y con predominio de un Eh ≥ 0, lo cual implica que las fases minerales como los sulfuros sean inestables, ya que éstos han sido formados bajo un Eh ≤ 0. Los sulfuros por lo tanto, se ajustan geoquímicamente al nuevo medio oxidándose y liberando parte de los metales que los constituyen, los cuales son transportados por las aguas y redistribuidos. Una parte es concentrada por debajo del nivel freático, en la zona de concentración (Eh ≤ 0) y otra es removida en torno a la mineralización creando un halo de dispersión. La dispersión de los elementos lleva a la formación de una zona geoquímicamente anómala y directamente relacionada con la mineralización que contrasta con los valores normales dentro del medio de dispersión, ya sea en rocas suelos agua, etc.

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PRODUCTOS DEL INTEMPERISMO QUÍMICO. Tres productos principales resultan del intemperismo químico de las rocas y de los minerales: 1. - Minerales primarios estables. 2. - Constituyentes solubles. 3. - Minerales insolubles formados en el ambiente secundario. En la tabla 11 se manifiesta la estabilidad geoquímica de los minerales primarios en afloramientos, no de la resistencia física durante su transporte. La barita por ejemplo, es un mineral estable que permanece en afloramientos lixiviados, manifestándose únicamente en fragmentos transportados a muy corta distancia; mas sin embargo la fluorita, la calcita y la mayoría de los sulfuros metálicos asociados han sido disueltos. Muchos de los sulfuros metálicos son inestables, pero no así la galena que permanece en afloramientos lixiviados de yacimientos conteniendo plomo y zinc, esto es debido a que se desarrolla una capa de anglesita insoluble que la protege de las reacciones químicas posteriores. La galena, al igual que la barita, se encuentra pobremente transportada en sedimentos a causa de su fragilidad.

Minerales Primarios Estables (Residuales) Estos minerales no son afectados directamente por las reacciones químicas que suceden en la zona de intemperismo, correspondiendo a ellos los minerales nativos (oro, platino, diamante), óxidos (casiterita, rutilo, magnetita, cromita, ilmenita), algunos silicatos (berilo, circón) y algunos otros como fosfatos (monacita). Algunos de éstos minerales aparte de ser resistentes al ataque químico, presentan otras propiedades físicas que les permitirán ser transportados e incluso formar yacimientos de placer. Otros minerales primarios estables aunque son resistentes en la zona de intemperismo (wolframita, barita) son demasiado blandos o friables para permitirles el ser transportados cualquier distancia considerable. La transformación de los minerales ígneos es aproximadamente en el mismo orden de la secuencia de cristalización en el magma; plagioclasas cálcicas y Milo

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piroxenos, formados a altas temperaturas en el ambiente primario, están considerablemente fuera de su estabilidad al ser expuestos en el ambiente superficial; feldespatos potásicos, moscovita y cuarzo, que se forman a bajas temperaturas en el ambiente primario, son más estables al quedar expuestos en superficie. El orden general aproximado de estabilidad entre minerales de mena es el siguiente:

 Minerales Nativos – Óxidos – Silicatos – Sulfuros Constituyentes Solubles de los Minerales Estables. Los elementos solubles formados como producto de la transformación de silicatos, sulfuros y carbonatos migran con las aguas meteóricas, las que son percoladas a través de suelos y rocas, y estos finalmente pueden emerger a la superficie como manantiales y mezclarse con las aguas de ríos y lagos. Fig. 7. En cualquier lugar a lo largo del curso superficial del agua, los constituyentes disueltos pueden dejar evidencias de la mineralización original, ya sea en forma de metales en los sedimentos de arroyo adsorbidos en óxidos de fierro y manganeso o como valores anómalos en las aguas mismas. En el caso de rocas no mineralizadas es posible determinar el material de la roca original al examinar los constituyentes solubles en las aguas que drenaron a cada tipo de roca (Tabla 12) Por ejemplo, el agua en contacto con rocas calcáreas presenta una relación característicamente alta de Ca, Mg, y HCO 3 y presenta un elevado pH de aproximadamente 8.2, mientras que aguas asociadas a rocas ígneas félsicas presentan alto contenido de sílice y tienen un pH menor (aproximadamente 6.6). Cabe aclarar que los valores de pH aquí  denotados, son generalizaciones y no son siempre aplicables. Un elevado contenido de un compuesto mayor en un cierto tipo de agua como lo es el SO4 conjuntamente con valores bajos de pH y concentraciones a nivel de traza de metales en el agua de los manantiales emplazados en fallas, es indicativo de posible oxidación de sulfuros en la zona.

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Minerales Insolubles. Son aquellos minerales residuales formados en el ambiente secundario en donde una gran variedad de ellos se han formado en la zona de intemperismo, tales como los óxidos de fierro y manganeso, arcillas, sulfatos, carbonatos, cloruros (querargirita), silicatos (crisocola) y metales nativos (mercurio, plata) Los minerales que se forman en cualquier caso específico dependen de los elementos presentes y de la solubilidad de los compuestos metálicos formados. Un especial interés en la prospección geoquímica lo presentan los óxidos de fierro, particularmente las formas hidratadas, debido a que son abundantes, fácilmente reconocibles y tienen la habilidad de adsorber o de coprecipitar con trazas de metales. Normalmente los óxidos de fierro hidratados son encontrados como capas o pequeñas masas en el área de oxidación de sulfuros (gossans).

Gossans. Son también llamados  casquetes de oxidación, coberteras o sombreros de  fierro, en donde generalmente los óxidos de fierro hidratados se presentan como cementante, en capas o en pequeñas masas sobre los yacimientos de sulfuros que contengan fierro, ya que la mayoría de los yacimientos minerales oxidados presentan una cobertera de fierro en la superficie. Un gossan es el nombre genérico dado a grandes masas de material limonítico residual, normalmente con presencia de cuarzo y arcillas, que permanece insitu después de que se generó la movilidad de los productos solubles en un yacimiento oxidado de sulfuros. La definición de gossan se podría anotar de la manera siguiente: Es el afloramiento de una masa celular de limonita y ganga, situada arriba de los depósitos de sulfuros oxidados y que es una guía de la mineralización subyacente.

El mecanismo de formación de los gossans es el descrito para el origen de la goethita, ilustrado en la ecuación (10) del intemperismo químico. Varios tipos de minerales que contienen fierro pueden formar gossans al ser intemperizados, principalmente los sulfuros como la pirita, marcasita, Milo

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pirrotina, arsenopirita, calcopirita y los carbonatos como la siderita y la ankerita. Como la mayoría de las características asociadas a yacimientos minerales, un gossan es parte de una secuencia zonal. Un perfil avanzado de la secuencia, derivado de un intemperismo ininterrumpido, comprende una zona de óxidos de fierro lixiviada, una zona intermedia de minerales de mena secundarios con óxidos de fierro, una zona más profunda de sulfuros supergénicos y al final sulfuros primarios Fig. 8. En la zona de oxidación de un yacimiento de sulfuros de cobre tiene lugar la lixiviación cerca de la superficie y la formación del gossan, en donde los elementos solubles son removidos y si existe la presencia de carbonatos puede formarse azurita y malaquita, también pueden encontrarse cobre nativo y crisocola. Si hubiera zinc en el depósito, podrían precipitar smithsonita y hemimorfita; y si el plomo estuviera presente en ese depósito precipitaría anglesita y cerusita. W. C. Peters, hace una diferencia entre gossan y casquete de oxidación. El gossan es la acumulación celular de material limonítico derivado de la lixiviación de vetas y depósitos masivos de sulfuros, mientras que el casquete de oxidación es la porción superior, lixiviada y coloreada de limonita  principalmente desarrollado en cuerpos de sulfuros diseminados como son los  pórfidos cupríferos

 Limonita es un término genérico que comprende a los minerales hematita, goethita, lepidocrosita y jarosita. Mucho del material de un gossan es jaspe limonítico, que es una mezcla de limonita y sílice. También son comunes los minerales arcillosos, sulfatos, carbonatos y minerales de manganeso. Para la exploración de sulfuros es comúnmente necesario evaluar el significado económico de los gossans y para ello se requiere hacer una distinción entre gossansverdaderos y falsos; los gossans verdaderos se encuentren inmediatamente sobre la mineralización potencialmente económica y los gossans falsos, no.

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Desde el punto de vista geoquímico el análisis del gossan comúnmente proporcionará evidencias contundentes con relación a la presencia o ausencia de la mineralización. En general, los gossans que se originaron de mineralización económica se caracterizan por valores geoquímicos anómalos en comparación con los que proceden de fuentes no económicas. Un completo conocimiento, entendimiento y habilidad para interpretar los gossans es de gran valor en geología económica y en geoquímica. Aún cuando éstos representan condiciones extremas de intemperismo, los gossans pueden tener características distintivas que indiquen auténticamente la naturaleza de la mineralización original. Es importante conocer, si es posible sin llegar a la perforación, si un gossan se originó de sulfuros económicos o fue formado a partir de sulfuros no económicos como pirita o bien de carbonatos de fierro como la siderita. Los criterios que nos permiten diferenciar esto incluyen el color, la textura, la forma de huecos o cavidades, la cantidad y el tipo de minerales arcillosos asociados y la presencia de productos de oxidación insolubles como la anglesita. Se debe de analizar con mayor detalle las texturas boxwork (réplicas), que son porciones porosas de material del gossan que permanecen después que los sulfuros originales han sido removidos

HALOS Y DISPERSIÓN SECUNDARIA. La dispersión secundaria se define como la distribución o redistribución de elementos químicos en la zona superficial de oxidación e intemperismo. Las concentraciones anómalas de elementos en el ambiente geoquímico secundario pueden ser derivadas de fuentes mineralizadas o de rocas no mineralizadas, pudiendo ser transportadas hidromórficamente (en solución) o mecánicamente (en forma sólida) o pueden no sufrir transporte alguno. Existe un gran número de formas que pueden asumir los patrones de dispersión secundaria, todas con un origen complejo y de dimensiones irregulares. Algunos términos utilizados (Hawkes & Weeb, 1962) para describir la forma de los patrones de dispersión secundaria son:

Superyacente – un patrón desarrollado aproximadamente sobre la fuente mineralizada y la roca encajonante.  Lateral – un patrón desplazado hacia un lado y enteramente subyacido por roca encajonante estéril. Milo

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 Halo – un patrón suprayacente dispuesto desde su origen (fuente mineralizada) en forma casi simétrica. Dependiendo del mecanismo de dispersión, los patrones secundarios también pueden ser clasificados como: Clásticos  Hidromórficos  Biogénicos Los patrones de dispersión secundaria generalmente llegan a estar desplazados de la fuente mineralizada. Tales desplazamientos en sedimentos y agua de arroyos son de gran utilidad, ya que son las bases para muchos estudios de reconocimiento regional. Sin embargo esas anomalías pueden asumir muchas formas y tamaños y la distancia del desplazamiento desde la fuente mineralizada puede variar considerablemente. Los patrones secundarios de dispersión desarrollados en suelos residuales pueden ser encontrados directamente sobre la mineralización, pero las anomalías hidromórficas originadas de la misma mineralización pueden ser detectadas muy lejos de la mineralización. El reconocimiento, interpretación y rastreo de dichos patrones de dispersión secundaria hasta su fuente de origen es uno de los aspectos más importantes en la exploración geoquímica. En la figura 9 se ilustran diferentes anomalías desplazadas que pueden ser encontradas en estudios geoquímicos:  A y B son ejemplos de las dispersiones controladas por estructuras geológicas como lo son las fallas, de esta manera A se ha formado después del fallamiento, posiblemente mediante fluidos, mientras que B es un halo de dispersión primaria desplazado por una falla. C y E ilustran anomalías desplazadas mecánicamente por efectos de la gravedad en suelos presentes en desnivel. En general el movimiento por gravedad de los suelos en pendientes decrece desde la superficie hacia la roca y las anomalías formadas tienen lugar como en C y en la figura 10. Esto resultará en que los fragmentos mineralizados en la superficie serán transportados más lejos de la fuente que aquellos que se encuentran en los horizontes más bajos y cercanos a la roca. Un rasgo característico de muchas anomalías en suelos desplazados mecánicamente es que una muestra de suelo tomada a todo lo largo del perfil y Milo