Tema 2 EL ORIGEN Y DISTRIBUCIÓN DE LOS METÁLES PROCESOS GENÉTICOS DE FORMACIÓN DE DEPÓSITOS MINERALES FLUIDOS MINERALIZADORES MINERALIZADORES
¿Cómo se originaron los elementos? La masa del universo tras los primeros instantes del Big Bang estaba formada únicamente por H y He y trazas de 2H y 3H. Actualmente estos elementos forman el 99% de la masa del universo. El resto de elementos se formó por nucleosíntesis de estos átomos en las estrellas y por captura de protones.
Si
Cu
Au
De todos los elementos químicos conocidos, sólo 8 se encuentran en un porcentaje superior al 1% en la corteza terrestre: La mayoría de los elementos de alto interés para el hombre presentan concentraciones por debajo de 0,01% (100 ppm) Oxígeno (46,6%)
Titanio 0,62 %
Silicio (27,7%)
Hidrogeno 0,14 % Fósforo 0,13 % Carbono 0,094 % Manganeso 0,09 % Azufre 0,052 % Bario 0,05 % Cloro 0,045 % Cromo 0,035 % Flúor 0,029 % Circonio 0,025 % Níquel 0,019 %
Aluminio (8,1%) %Hierro (5%) 5 , 8 9 Calcio (3,6%)
Sodio (2,8%) Potasio (2,6%) Magnesio (2,1%) Resto < 1,5 %
¿En qué forma mineral encontramos los metales?
La mayoría de los minerales de mena de metales pertenecen a alguno de los siguientes grupos de minerales no silicatados:
Elementos nativos.
Sulfuros.
Óxidos.
Hidróxidos.
¿Además de la distribución de los elementos por densidades en las distintas capas de la Tierra, que otros factores influyen en la distribución vertical de los distintos elementos químicos?
Los factores que condicionan localización donde se concentran los elementos químicos en la Tierra son:
Movilidad.
Compatibilidad.
Afinidad química.
La movilidad es la factibilidad con la cual un elemento químico puede ser solubilizado en un ambiente específico. Por tanto, es una característica que depende de la estabilidad de las especies de minerales a los cuales está asociado. Así, la movilidad de cualquier elemento depende de su
especiación. Por ejemplo, si hablamos de la movilidad del Na, este elemento en la halita tiene mucha mayor movilidad que en la albita. Además, la movilidad de un elemento está fuertemente controlada por factores limitantes como el potencial REDOX (Eh) y por el pH.
La movilidad en los procesos de “reciclaje” que tienen lugar en el medio exógeno permite distinguir entre las siguientes agrupaciones de minerales en función de como se vean afectados:
Medio exógeno (movilidad) Si, Au Resistatos Cuarzo
Al, Si, K
Fe, Mn, Cu
Ca, Mg
Oxidatos (enriquecimiento Oro, ilmenita… supergénico) Carbonatos Hidrolisatos (placeres) CaCO3 Minerales de la arcilla CaMg(CO3)2 (zonas de alteración)
Ca, Na, K, Mg Evaporatos NaCl CaSO4 MgSO4
o
Resistatos: Minerales insolubles o de cierta dureza que permanecen de manera sólida.
o
Hidrolisatos y oxidatos: Se alteran a otro mineral en función del pH y Eh del medio.
o
Carbonatos y evaporatos (algunos oxidatos): Se disuelven pudiendo precipitar cuando cambien las condiciones de la solución (Tª y/o P CO2 en el caso de los carbonatos o evaporación del disolvente en el caso de los evaporatos).
El concepto de compatibilidad de un elemento está relacionado con el coeficiente de distribución mineral/fundido del mismo y, por tanto, hace referencia a la concentración del mismo en la estructura del cristal respecto a la concentración que permanece en el fundido. Esto quiere decir que la compatibilidad nos indica si el elemento tiene tendencia a entrar en la estructura cristalina en etapas tempranas de la cristalización o permanecer en el fundido y pasa a formar parte de la estructura de los cristales que se forman en última instancia. Visto desde un proceso inverso, si estamos ante la fusión de una roca, los elementos incompatibles serán los primeros en pasar a formar parte de la fase fundida (aquí también depende del punto de fusión del mineral en el que se encuentren) Se puede distinguir según esto entre elementos incompatibles y elementos
compatibles. La compatibilidad de un elemento es una propiedad relativa, y variará en función del sistema y las condiciones ambientales (P, T, Eh etc.).
¿Qué condiciona la compatibilidad de un elemento?
La carga del elemento (valencia). Depende de las condiciones REDOX.
El radio iónico Aumenta en la tabla periódica hacia la izquierda y hacia abajo.
El radio iónico a su vez depende del estado de valencia, que en algunos elementos puede variar (número de electrones de valencia).
S2-
Sulfuros Galena PbS
S6+ Sulfatos Baritina BaSO4
Elementos incompatibles: Tienen un radio iónico grande y/o mucha carga (pequeños con muchísima carga).
Elementos compatibles: Tienen un radio iónico pequeño y/o poca carga (pequeñísimos con mucha carga).
¿Por qué se localizan los elementos compatibles en las capas más profundas? A medida que profundizamos desde la corteza hacia el manto se produce un aumento de la presión, por lo tanto las estructuras de los minerales serán más compactas. En estos minerales con estructuras densas entrarán preferentemente elementos de pequeño radio iónico (factor más determinante) y poca carga (a mayor carga más repulsión). En
la
corteza
las
estructuras
de
los
minerales
tienen
grandes
huecos,
(fundamentalmente silicatos -Inosilicatos y Tectosilicatos-), donde entran con facilidad cationes de gran radio iónico (Na, K …). Los elementos compatibles, como el Fe, Cr, Pt, etc, se encuentran fundamentalmente en el manto, mientras que los elementos incompatibles como el Ta o el Nb (valencia 4+ o 5 +), se encuentran mayoritariamente en la corteza.
La afinidad química es la tendencia de un elemento para combinarse químicamente de forma preferencial con determinados elementos. Esto implica que existirán elementos que presenten afinidades entre si y otros que no la tengan.
¿Cuáles son los distintos grupos de elementos respecto a su afinidad química?
La afinidad química es la tendencia de un átomo para combinarse químicamente de forma preferencial con determinados átomos. Por lo que habrá elementos que presenten afinidades entre si y otros no.
Atmófilo: Se concentran en la atmósfera en forma de gases: H, N, O, gases nobles.
Litófilo: Se concentran en la litosfera. Se asocian formando silicatos, óxidos, carbonatos, etc. Entre ellos están los más altamente incompatibles. Mg, Al, Si, REE, Na, Ca, K …
Siderófilos: Típicos del manto y núcleo ya que tienen tendencia a combinarse con el Fe. Muy compatibles. Forman minerales con alta densidad. Fe, Au, Grupo de los Platinoides, etc.
Calcófilos: Presentan gran afinidad por el azufre. Cu, Ag, Zn, Hg, Pb, etc. El S es un volátil y hace que muchos elementos, en principio compatibles, se fijen a él formando especies que permanecen más tiempo en la fase fluida. Esto favorece que estos elementos compatibles puedan aparecer en abundancia en la corteza. El Cl en muchas ocasiones actúa como el S, aunque en menor proporción.
¿Cuáles son los procesos principales que movilizan metales a partir de una roca fuente relacionados con procesos ígneos? (2 opciones)
a) Disolución a bajas temperaturas y presiones. b) Metamorfismo térmico. c) Lixiviación de la roca de caja por fluidos hidrotermales. d) Meteorización. e) Procesos de fusión parcial.
¿Cuales son los procesos genéticos formadores de depósitos?
Cualquier proceso geológico que ocurra en la corteza puede concentrar elementos dispersos, constituyendo yacimientos explotables.
Principales Procesos Metalogenéticos de Concentración Mineral: Procesos magmáticos
Cumulados magmáticos (Cr - Pt – V – Fe). > 900 ºC Diferenciación ígnea-separación o mezcla de magmas. > 600 ºC Diferenciación ígnea-Cristalización fraccionada (Pegmatítica-neumatolítica). 600-400 ºC
Procesos hidrotermales Procesos en los que interviene el agua caliente. < 400ºC
Agua de origen magmático: Catatermales
400-300 C
Mesotermales
300-200 C
Epitermales
200-100 C
°
°
°
Metasomáticos (Skarns). Otras fuentes diversas (meteóricos, marinos, etc).
Principales Procesos Metalogenéticos de Concentración Mineral:
Procesos sedimentarios
Procesos
en los que el factor fundamental es la gravedad
(concentración de los minerales por densidades). Tª ambiente
Aluviales
20 ºC estándar
Playas Plataformas continentales
Procesos de evaporación-precipitación
Evaporitas (Li…).
Ambientes exógenos de altas temperaturas y bajas precipitaciones.
Procesos de meteorización
acumulación residual
lixiviación. Formación de suelos tipo lateritas, bauxitas … Ambientes exógenos variados.
Relacionado con procesos de
PROCESOS MAGMÁTICOS Cumulados magmáticos: Tienen especial importancia los formados durante la cristalización de rocas máficas y ultramáficas. Son rocas formadas por magmas de origen mantélico, por lo que están enriquecidas en elementos compatibles. Son la fuente más importante de Cr , V, Pt (grupo del Pt) y un recurso importante de Fe, Ti y Ni. El Cr aparece como Cromita (cromitas estratiformes). El Fe y Ti pueden aparecer formando Magnetita con Ilmenita. Y el Ni en forma de Pentlandita (también Pirrotina). Todo el Pt que se explota procede de cumulados magmáticos. Puede haber en estos cumulados magmáticos sulfuros de elementos compatibles, fundamentalmente de Fe y Ni, a veces algo de Cu. Otro tipo distinto de cumulados son los que se forman en las dorsales oceánicas. En el fondo de la cámara magmática se pueden forma bolsadas de cromita (cromitas podiformes), que también pueden llevar sulfuros de Ni Co y Fe
Diferenciación ígnea-Cristalización fraccionada-: Los primeros elementos que se extraen (cristalizan) de un fundido son los más compatibles, posteriormente los álcalis, los elementos volátiles (fase vapor) y en general los elementos incompatibles. Estos procesos van separando los elementos y generan paragénesis minerales que varían según la localización dentro del cuerpo magmático y también del tipo de magma. Por ejemplo, los Apogranitos se generan en zonas de Intraplaca en las últimas etapas de cristalización de granitos tipo A, siendo ricos en incompatibles, tierras raras, Nb, Ta, U y
Th. Este proceso es similar al que dan lugar a las Pegmatitas (representan los fundidos magmáticos residuales), son el último estadio magmático (transición al hidrotermal) de granitos tipo S (a veces tipo I). Son ricas en silicatos y algunos minerales metálicos de Sn,
W y Ta (incompatibles).
PROCESOS HIDROTERMALES Catatermalismo: Representan soluciones acuosas desmezcladas de la roca ígnea, estas soluciones son ricas en volátiles e incompatibles. Estos fluidos penetran en el encajante a favor de fracturas o de otras estructuras, o bien se quedan atrapadas en la zona de cúpula del intrusivo. La mineralización varían según que el tipo de magmatismo sea I o S. El magmatismo A prácticamente no tiene hidrotermalismo asociado. Los fluidos procedentes del magmatismo S serán mas ricos en Sn, Wo y Ta, formando fundamentalmente óxidos. Es muy pobre en sulfuros ( Cr , Pb, Zn). Son la fuente más importante de Bi, elemento que aparece en su forma nativa o como sulfuro de bismuto.
Mesotermalismo: Cuando la roca ígnea intruye, genera un foco de calor y las aguas circundantes actúan como elemento de refrigeración del foco ígneo, circulando alrededor del foco por las rocas encajantes. Estas aguas pueden mezclarse con el propio agua ígnea exsuelto del intrusivo. Por tanto, alrededor de estos focos de calor se pueden dar amplios procesos hidrotermales, que van a ser más ricos en S (presente en el encajante) dando lugar a las secuencias mesotermales características. La paragénesis típica mes otermal de más alta temperatura es Ni, Co, Bi, Ag, U. Muchos sulfuros, arseniuros y sulfoarseniuros de Ni, Co, Bi y Ag y óxido de uranio (Pechblenda). A mayor Tª predomina el Ni, Co y Bi frente a la Ag. A medida que baja la temperatura la paragénesis presentan mayor cantidad de Ag, con platas rojas (sulfuros de plata) y a más baja Tª habrá cobres grises (sulfoarseniuros y sulfoantimoniuros de cobre, que pueden llevar plata).
En zonas más alejadas del intrusivo, se dan procesos de mesotermalismo de baja Tª. La paragénesis predominante es B G C P (blenda, galena, calcopirita, pirita). Los magmas I, al contrario que los S, se emplazan cerca de la superficie y frecuentemente producen aparatos volcánicos, de manera que es la propia roca granítica la que se encuentra mineralizada por estos fluidos, dando yacimientos del tipo pórfido. La evolución del propio sistema hidrotermal (por mezcla de aguas), va generando distintas etapas de mineralización y alteración. Los minerales de las primeras etapas son alterados por en etapas posteriores por fluidos cada vez de menor temperatura, dando una serie característica: Pirita y calcopirita (CuFeS2)
Bornita (FeCu5S4)
Covellina (CuS)
Azurita (Cu3(CO3)2(OH)2) y malaquita (Cu2CO3(OH)2)
Cobre nativo
Calcosina (Cu2S)
Cuprita (CuO2) y Tenorita (CuO)
Procesos epitermales: Formando sistemas filonianos lejos del cuerpo ígneo, con lo cual los fluidos están más fríos. Como los yacimientos de Au epitermal.
Procesos exhalativos sedimentarios (volcánicos): Cuando el fluido hidrotermal es emitido a través de la roca por debajo del nivel del mar. Este hidrotermalismo puede precipitar su carga en forma de sulfuros en el fondo marino o en el entorno del foco de emisión.
Procesos Metasomáticos: Las intrusiones ígneas pueden dar lugar a procesos de intercambio de cationes entre los fluidos hidrotermales y las propias rocas de caja ya sean siliciclásticas o carbonatadas. Un Skarn es un caso característico de procesos metasomáticos. En este caso se origina cuando una masa ígnea intruye en rocas carbonatadas. En general, en muchos procesos hidrotermales se dan eventos de metasomatismo (pórfidos, Mississippi valley…)
PROCESOS DE METEORIZACIÓN Los procesos de meteorización química se producen por la acción de los agentes
atmosféricos (oxígeno, dióxido de carbono y agua) y de los microorganismos, que da lugar a la destrucción mecánica y química de las rocas, originando al mismo tiempo
nuevos productos estables en las condiciones de la superficie terrestre. Un ejemplo importante se da en los yacimientos de sulfuros de cobre, donde la lixiviación moviliza el Cu desde la superficie hacia zonas profundas donde se reconcentra, dando lugar a la zona de enriquecimiento secundario o supérgeno. Cuando estos procesos dejan un enriquecimiento superficial de Fe, éste se forma una zona denominada montera o gossan. Minerales típicos producto de la meteorización son la bauxita (Al), limonta, gibssita (Fe)…, y las arcillas (filosilicatos) originados a partir de feldespatos, piroxenos y micas.
¿Qué tipo de fluidos tendrán mayor salinidad?
a) Aguas connatas. b) Fluidos metamórficos. c)
Aguas meteóricas.
d) Fluidos magmáticos. e) Aguas marinas.
¿Cómo puede aumentar la temperatura de fluidos fríos para llegar a ser hidrotermales? a) Por reacciones químicas exotérmicas con los minerales. b) Por proximidad de un cuerpo intrusivo. c)
Porque proceden de un magma.
d) Por calentamiento del sol. e) Por circulación hacia zonas profundas, debido al gradiente geotérmico.
Aspectos fundamentales en la formación de yacimientos minerales a) Fuentes y tipos de los fluidos mineralizantes. b) Fuentes de los constituyentes de las menas (la roca fuente). c) Migración y focalización de los fluidos (cómo y por donde se mueven los fluidos). d) Transporte de los constituyentes de las menas. e) Mecanismos de precipitación de los constituyentes de las menas.
EL ROL DE LOS FLUIDOS Los fluidos son fundamentales en la formación de la mayor parte de los depósitos minerales, debido a que son la principal causa de la liberación de los constituyentes de la roca fuente y además transportan dichos constituyentes y finalmente los depositan.
a) Tipos de fluidos que generan depósitos Se clasifican principalmente en 3 tipos de fluidos: 1. Fluido magmático (magma). 2. Fluidos de origen profundo. F. de inmiscibilidad magmática.* F. hidrotermales magmáticos. * F. metamórficos. 3. Soluciones acuosas superficiales.* Aguas meteóricas. Aguas marinas. Aguas connatas. Los fluidos hidrotermales que contienen más metales en disolución son principalmente de origen magmático.
Fluidos hidrotermales de inmiscibilidad magmática Un fluido hidrotermal de origen ígneo puede originarse por distintos procesos. Uno de estos procesos se denomina " primera ebullición”. En condiciones de alta P y T, un magma posee una alta solubilidad de H 2O. Solubilidad que decrece con el descenso de temperatura y más fuertemente con el descenso de presión. La pérdida de presión que ocurre con el ascenso del magma hace caer la solubilidad del H2O en éste y provoca que se separe un volumen de H 2O desde la fase magmática. Debido a las altas temperaturas, el H 2O será expulsado del magma en forma volátil como burbujas dentro del magma (de ahí el término ¨ebullición¨). Este fluido puede ir además acompañado de elementos en disolución, por lo que puede generar mineralización. Por otro lado, el exceso de presión del proceso de separación puede generar fracturación en la roca de caja, formándose un stockwork
Bajo las mismas condiciones de presión y temperatura, un magma de composición riolítica es capaz de disolver más H 2O que un magma de composición basáltica. Dicho de otra forma, un magma más ácido es capaz de exsolver más agua que un magma más básico.
Relación entre el tipo de magma y el volumen de H2O exsuelto
Primera Ebullición ¿Qué le ocurre a un buceador que respira aire de una botella si asciende rápido a la superficie?
Una segunda ebullición o ebullición retrógrada, se da durante el proceso de cristalización del magma dando también como resultado la exsolución de H 2O. El progreso de la cristalización del magma, implica que el porcentaje de H 2O disuelto en la masa silicatada fundida aumente proporcionalmente, dado que el H 2O no se incorpora en la mayoría de los silicatos en cristalización. Cuanto más rápido sea el proceso de cristalización, mas violento será el proceso de exsolución y mayor cantidad de metales poseerá el fluido hidrotermal. A su vez, la brusca exsolución de los fluidos puede generar fisuras en la roca de caja por las cuales podrán circular. La descompresión que viene dada por esta fracturación causará que el fluido pase a estado gaseoso, generando así la ebullición retrógrada del mismo, lo que aumentará la fracturación (stockwork y brechas). Las condiciones supercríticas del fluido favorecen estos procesos.
Fluidos hidrotermales magmáticos Por otro lado, al final del transcurso de cristalización fraccionada, si no ha habido procesos
Stockwork
¿Qué tipo de magmatismo es anhidro? a) Tipo I b) Tipo S c) Tipo M d) Tipo A
¿Por qué presentan agua los demás tipos de magmatismo? a) Agua procedente del manto profundo que asciende en plumas mantélicas. b) Se dan por fusión parcial de rocas con abundantes minerales hidratados (anfíboles, biotita, moscovita …). c) La presencia de agua en zonas de subducción baja el punto de fusión de las rocas y queda incorporada en el magma que se genera. d) Aguas meteóricas que penetran por las fisuras hasta alcanzar los cuerpos intrusivos.
Fluidos hidrotermales de origen superficial Los fluidos de origen superficial, ya sean aguas marinas, connatas o meteóricas, pueden adquirir la condición de hidrotermales por circulación de éstos hacia zonas profundas. El hidrotermalismo está asociado al propio gradiente geotérmico de la Tierra, pero principalmente se relaciona con focos puntuales de calor . En la litosfera se puede producir el movimiento convectivo de aguas a favor de las fisuras y poros de las rocas.
Ejemplo en fondos marinos
Se calcula que un volumen de agua igual al de la hidrosfera, está contenido en la porosidad de las rocas de la litosfera. El periodo de tiempo para la convección de ese volumen está entre 30 y 50 Ma. Las longitudes y profundidad de las celdas de convección oscilan entre 5 y 10 km bajo el nivel de mar ( 2000-4000 bares). A mayores profundidades la presión de confinamiento es muy alta por lo que se reduce la capacidad de flujo del agua, además del comportamiento menos frágil de las rocas.
Ejemplo en fondos marinos
b) Fuente Fuentes s de los los consti constituy tuyente entes s de las mena menass La mineralización también va a depender en gran medida de la roca fuente de la que proceden los elementos.
Rocas como fuente de elementos (ppm) Liberar
Transportar
Depositar
- Circulación de soluciones hidrotermales.
Mecanismos de liberación de la roca fuente
- Procesos magmáticos (fusión). - Erosión. - Proces Procesos os de meteorización. Lixiviación (no (no hidrotermal).
c) Mi Migr grac ació ión n de de flu fluid idos os La génesis de los depósitos también está controlada por la migración de los fluidos que contienen los elementos metálicos. La migración de un fluido se rige por la permeabilidad neta que está condicionada por características del fluido: viscosidad y densidad. Por características del medio rocoso: abundancia de poros interconectados, fracturas, planos de falla, superficies de
estratificación, etc. Y por otros factores como gradientes de presión y el tiempo.
Porosidad: Se refiere a la proporción de volumen de poros de una roca o suelo dado respecto al volumen total del material, independientemente de si esos poros están interconectados o no.
Permeabilidad: Se describe como la capacidad de las rocas, sedimentos o el suelo para transmitir un fluido. Para que un material sea permeable, las aberturas deben de estar interconectadas
Se distingue entre: Primaria o intrínseca. Secundaria o inducida.
El mecanismo principal que permite la migración de fluidos va a estar asociado a las condiciones de P/T del sector, por tanto muy ligado a la profundidad.
Circulación de fluidos en zonas superficiales: materiales generalmente fríos y con comportamiento frágil.
Permeabilidad secundaria (más importante).
Permeabilidad primaria.
Circulación de fluidos en zonas profundas: materiales clientes y con comportamiento dúctil:
Permeabilidad primaria.
Difusión.
La difusión es un movimiento de iones o partículas debido a gradientes de concentración. Puede darse en estado sólido, sól ido, líquido o gaseoso.
En las cámaras magmáticas el movimiento de fluidos se da por mecanismos como la convección, o el filter pressing …
Avance de los fluidos Los fluidos mineralizantes a medida que circulan pueden alterar y corroer los minerales de la roca, permitiendo a las soluciones posteriores pasar más rápidamente. Además, los fluidos sometidos a una presión superior a la litostática son capaces de generar nuevas fracturas, además de abrir y propagar las existentes, favoreciendo el tránsito.
Control estructural La permeabilidad secundaria ejerce un importante control estructural en la formación de depósitos minerales. En los depósitos minerales epigenéticos, donde la mena se forma después que la roca de caja, es frecuente que los patrones de deposición se asocien predominantemente con un tipo de estructura.
Señala los yacimientos en los que se aprecia control estructural
Mecanismos de flujo hidrotermal 1. Flujo ascendente por densidad de fluidos segregados del magma a medida que éste se enfría. 2. Convección de aguas subterráneas inducida por intrusiones cercanas. 3. Migración de aguas connatas a medida que la presión litostática reduce la porosidad. 4. Bombeo osmótico. Soluciones de salinidad diferentes con movimiento por difusión. 5. Flujo generado por la percolación de soluciones salinas que desplazan otros fluidos menos densos hacia arriba. 6. Flujo generado por diferencias entre la presión hidrostática e hidráulica de un acuífero. 7. Recristalización metamórfica de fases hidratadas a anhidras que induce el flujo del agua liberado.
Mecanismos de flujo de magma 1. Flujo ascendente por densidad (diapirismo). 2. Flujo convectivo dentro de la cámara magmática. 3. Filter pressing (filtro de presión): Se produce cuando un magma parcialmente cristalizado es sometido a presiones circundantes, lo que genera que la fase fluida salga expulsada de la masa cristalina (depósitos de inyección magmática).
d) Transporte de los constituyentes de las menas Depende directamente de la capacidad de solubilizar que tenga el fluido, con gran importancia de la temperatura con rangos que van desde magmáticas hasta superficiales. Generalmente los metales son transportados en el fluido en forma de iones complejos. Esto quiere decir que el metal se une a un ligante que facilita su transporte (Cl -, HS-, H2S, NH3, OH-, CH3COO-, Br -, I-, SO42-). La formación del complejo entre un ligante y un metal depende de: a) La concentración y el tipo de ligantes en el fluido (por tanto dependerá del origen del fluido). b) La afinidad química de ambos compuestos, que dependerá de la T y de las condiciones REDOX y el pH.
Solubilidad del oro (valido para otros elementos)
Solubilidad del oro (valido para otros elementos) A temperaturas ~ 300 ºC e inferiores el mecanismo de transporte del Au se lleva a cabo como complejo
sulfurado
HAu(HS)2 o Au(HS)2-.
Con baja fugacidad de oxígeno y un pH neutro el Au es relativamente soluble, pero no mucho. Al ir aumentado la fugacidad de oxígeno va aumentando la solubilidad del Au. Esto quiere decir que cuando asciende el fluido hacia la superficie se va oxidando y aumenta la solubilidad del Au, lavando la roca de caja y concentrando este elemento. Cuando se produce la transición de sulfuro a sulfato por la oxidación, la solubilidad cae de golpe, debido a que desaparece el complejo sulfurado (el Au pasaría a formar de un complejo clorurado de baja solubilidad), por lo que el Au precipita bruscamente.
Esto queda patente en la curva de solubilidad por un descenso brusco en la solubilidad causado por un cambio mínimo en la fugacidad de oxígeno.
Esto quiere decir que a estas temperaturas (< 300 ºC), si hay mucho S presente en el fluido, el Au podrá ser solubilizado fácilmente, pero si predomina el Cl, el Au no podrá ser solubilizado. A altas temperaturas ( > 300 ºC) el mecanismo de transporte del Au sí se puede dar como
complejo clorurado. Un ejemplo de esto son los yacimientos de sulfuros masivos en complejos volcánicos tipo
Kuroko, donde la presencia de Au se justifica por su movilización como complejo clorurado en fluidos de alta temperatura.
El cloruro solubiliza muy bien otros elementos a bajas temperaturas, como el Pb, Cu, Zn y Ag (metales base + Ag). El Cu, Zn y Pb como complejos clorurados se transportan muy bien a bajas temperaturas. La plata tiene un comportamiento ambiguo, de forma que puede ser solubilizado en complejos sulfurados e ir asociado al Au, como en complejos clorurados junto a los metales base, precipitando en forma de galena argentífera.
La solubilidad de los metales (U, Zn, Pb, Ag, Mn, Fe …) en forma de complejos clorurados aumenta varios órdenes de magnitud con la temperatura.
e) Mecanismos de Precipitación/cristalización La formación de la mineralización depende tanto de factores físicos (gravedad, temperatura, presión…) como de factores químicos (pH, Eh, reacciones con la roca de caja…) En los depósitos de origen magmático la concentración de la mena se produce por:
Acumulación (gravitacional) de minerales cristalizados en las primeras etapas.
Cristalización directa en bordes de la cámara.
Separación de líquidos magmáticos (inmiscibilidad de magmas) y su posterior solidificación.
Cristalización tardía de fases accesorias (segregación).
Mecanismos de Precipitación/cristalización En los depósitos de origen hidrotermal: La precipitación de los elementos disueltos está controlada por las condiciones fisicoquímicas del entorno: – Temperatura (T) – Presión (P) – Actividad y fugacidad de los aniones (fS 2,fO2,aS2,aO2). – Reacción fluido/roca (cambios en pH y Eh) * – Mezcla de fluidos * – Separación de fases (ebullición) *
El orden de precipitación determina la secuencia paragenética del yacimiento. Dicha secuencia va acorde con la estabilidad relativa de los iones complejos, inversa por tanto a la solubilidad. Por ejemplo:
Reacción fluido/roca: Una manifestación generalizada de los procesos de mineralización hidrotermal es el desarrollo de conjuntos de minerales de alteración. La alteración es causada por la reacción entre los fluidos y la roca de caja. Es por tanto un proceso metasomático (transferencia de masa entre ambos). La interacción que se produce entre un fluido y la roca promueve la precipitación de los elementos metálicos principalmente por cambios en la acidez (pH) y estado redox (Eh).
A ds orción:
La mineralización también pueden darse por adsorción del metal sobre la superficie de un mineral existente. La adsorción puede ocurrir incluso a partir de fluidos cuyas concentraciones están por debajo de sus niveles de saturación, por lo cual el proceso puede ser importante en ciertos entornos de formación de mineral. La adsorción se define como la adherencia de un ion en solución a la superficie de un sólido (o mineral) con el que está en contacto. El proceso ocurre porque una superficie mineral inevitablemente contendrá desequilibrios de carga.
Mezcla de fluidos: La mezcla de dos fluidos es un mecanismo importante para reducir la solubilidad y dar pie a la precipitación de los metales en disolución. Puede ocurrir cuando un fluido caliente se mezcla con una solución más fría (marina, meteórica…). La mezcla daría como resultado el enfriamiento y la desestabilización de los complejos metal-ligando existentes. Por ejemplo, la precipitación de calcopirita en la interfase entre las zonas de alteración potásica y filitica de los pórfidos de cobre, coincide con la zona donde los fluidos de origen magmático se mezclan con los derivados de una fuente meteórica. El mismo mecanismo es importante para la precipitación de Au y Ag en depósitos epitermales. Los sistemas caracterizados por la mezcla de aguas magmáticas con meteóricas estarán más probablemente asociados con la formación de mineralización económicamente viable que si no hubiese mezcla, donde la carga habría precipitado en un área más amplia. Además de la disminución de la temperatura, la mezcla de dos fluidos con distintas características de pH y Eh favorece la precipitación. Un ejemplo claro es el IOCG de Olympic Dam (Australia).
Separación de fases: En el proceso de primera ebullición, cuando se da una caída de la presión sin pérdida de temperatura, se puede dar una precipitación rápida debido a la alta concentración de los elementos disueltos (sobresaturación) y a la fuga de los volátiles ácido (HF, HCl), pasando a un pH más alcalino y con menos capacidad de transporte. Si el fluido que se exsuelto está en estado gaseoso no tiene capacidad de disolución, por lo que no dará lugar a mineralización.
Diagrama de estabilidad del H 2O
Separación de fases: En la segunda ebullición el fluido exsuelto no ha perdido presión en primera instancia. La fracturación causada por la brusca exsolución hará decaer la presión del fluido y la ebullición retrógrada de éste, pasando a estado gaseoso y precipitando la carga transportada en el stockwork o en brechas hidrotermales.
Diagrama de estabilidad del H 2O
¿Cómo determinar los procesos que dan origen a un depósito mineral?
Estudios texturales y composicionales.
Microscopía (óptica, SEM…).
Micronanálisis químico.
Inclusiones fluidas.
Geobarometría y Geotermometría.
Inclusiones fluidas.
Isótopos estables.
Otros estudios isotópicos.
Origen de los fluidos ( δO, δH, δC).
Origen de los ligandos ( δS, δC).
Origen de los metales ( δC, Pb, Os, Sr, Cu, Fe).
Cronología de la formación de depósitos (U-Pb, K-Ar (Ar-Ar), Re-O. Rb-Sr)
