12.3: Génesis del mineral
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Las teorías de la génesis del mineral generalmente involucran tres componentes: fuente, transporte o conducto y trampa. Esto también se aplica a la industria petrolera, que fue la primera en utilizar esta metodología.
- Se requiere fuente porque el metal debe venir de alguna parte, y ser liberado por algún proceso
- El transporte se requiere primero para mover los fluidos portadores de metal o minerales sólidos a la posición correcta, y se refiere al acto de mover físicamente el metal, así como al fenómeno químico o físico que fomente el movimiento
- El atrapamiento es necesario para concentrar el metal a través de algún mecanismo físico, químico o geológico en una concentración que forme mineral minable
Los depósitos más grandes se forman cuando la fuente es grande, el mecanismo de transporte es eficiente y la trampa está activa y lista en el momento adecuado.
PROCESOS DE GÉNESIS DE MINERAL
Endógeno
Procesos Magmáticos
- Cristalización fraccional: separa minerales minerales y no minerales según su temperatura de cristalización. A medida que se forman los minerales de cristalización temprana, incorporan ciertos elementos, algunos de los cuales son metales. Estos cristales pueden asentarse en el fondo de la intrusión, concentrando allí minerales minerales. La cromita y la magnetita son minerales minerales que se forman de esta manera.
- Inmiscibilidad líquida: a partir de este proceso se pueden formar minerales de sulfuro que contienen cobre, níquel o platino. A medida que cambia un magma, partes del mismo pueden separarse del cuerpo principal del magma. Dos líquidos que no se mezclarán se llaman inmiscibles; el aceite y el agua son un ejemplo. En los magmas, los sulfuros pueden separarse y hundirse por debajo de la parte rica en silicato de la intrusión o inyectarse en la roca que la rodea. Estos depósitos se encuentran en rocas máficas y ultramáficas.
Procesos Hidrotermales
Estos procesos son los fenómenos fisicoquímicos y las reacciones causadas por el movimiento del agua hidrotermal dentro de la corteza, a menudo como consecuencia de intrusión magmática o trastornos tectónicos. Los fundamentos de los procesos hidrotermales son el mecanismo fuente-transporte-trampa.
Las fuentes de soluciones hidrotermales incluyen agua de mar y agua meteórica que circula a través de roca fracturada, salmueras formacionales (agua atrapada dentro de los sedimentos en el momento de la deposición) y fluidos metamórficos creados por la deshidratación de minerales hidratados durante el metamorfismo.
Las fuentes de metal pueden incluir una plétora de rocas. Sin embargo, la mayoría de los metales de importancia económica son transportados como oligoelementos dentro de los minerales formadores de rocas, por lo que pueden ser liberados por procesos hidrotermales. Esto sucede debido a:
- incompatibilidad del metal con su mineral huésped, por ejemplo zinc en calcita, que favorece los fluidos acuosos en contacto con el mineral huésped durante la diagénesis.
- solubilidad del mineral huésped dentro de soluciones hidrotermales nacientes en las rocas fuente, por ejemplo sales minerales (halita), carbonatos (cerussita), fosfatos (monazita y torianita) y sulfatos (barita)
- temperaturas elevadas que causan reacciones de descomposición de minerales
El transporte por soluciones hidrotermales generalmente requiere una sal u otra especie soluble que puede formar un complejo portador de metal. Estos complejos portadores de metales facilitan el transporte de metales dentro de soluciones acuosas, generalmente como hidróxidos, pero también por procesos similares a la quelación.
Este proceso se entiende especialmente bien en la metalogenia del oro donde se encuentran diversos complejos químicos tiosulfato, cloruro y otros portadores de oro (notablemente cloruro de telurio/sulfato o cloruro de antimonio/sulfato). La mayoría de los depósitos metálicos formados por procesos hidrotérmicos incluyen minerales sulfurados, lo que indica que el azufre es un importante complejo portador de metales.
Deposición de sulfuro: La deposición de sulfuro dentro de la zona de trampa ocurre cuando el sulfato portador de metal, sulfuro u otros complejos se vuelven químicamente inestables debido a uno o más de los siguientes procesos;
- temperatura descendente, lo que hace que el complejo sea inestable o insoluble en metal
- pérdida de presión, que tiene el mismo efecto
- reacción con rocas de pared químicamente reactivas, generalmente de estado de oxidación reducido, como rocas portadoras de hierro, rocas máficas o ultramáficas o rocas carbonatadas
- desgasificación del fluido hidrotermal en un sistema de gas y agua, o ebullición, que altera la capacidad de carga de metal de la solución e incluso destruye los complejos químicos portadores de metal
El metal también puede precipitarse cuando la temperatura y la presión o el estado de oxidación favorecen diferentes complejos iónicos en el agua, por ejemplo el cambio de sulfuro a sulfato, fugacidad de oxígeno, intercambio de metales entre complejos de sulfuro y cloruro, etcétera.
Procesos Metamórficos
Secreción lateral: Los depósitos de mineral formados por secreción lateral se forman por reacciones metamórficas durante el cizallamiento, las cuales liberan constituyentes minerales como cuarzo, sulfuros, oro, carbonatos y óxidos de rocas deformantes y enfocan estos constituyentes en zonas de presión reducida o dilatación como fallas. Esto puede ocurrir sin mucho flujo de fluido hidrotermal, y esto es típico de los depósitos de cromita podiforme.
Los procesos metamórficos también controlan muchos procesos físicos que forman la fuente de fluidos hidrotermales, descritos anteriormente.
Procesos superficiales (exógenos)
Los procesos superficiales son los fenómenos físicos y químicos que provocan la concentración de material mineral dentro del regolito, generalmente por la acción del ambiente. Esto incluye depósitos placerdeposits, depósitos de laterita y depósitos residuales o eluviales. Los procesos físicos de formación de yacimientos de mineral en el reino superficial incluyen;
- erosión
- deposición por procesos sedimentarios, incluyendo aventar, separación por densidad (por ejemplo, colocadores de oro)
- meteorización por oxidación o ataque químico de una roca, ya sea liberando fragmentos de roca o creando arcillas depositadas químicamente, lateritas o enriquecimiento de supergenes
- Deposición en ambientes de baja energía en ambientes de playa
CLASIFICACIÓN DE YACIMIENTOS DE MINERAL
Los depósitos de mineral generalmente se clasifican por procesos de formación de mineral y configuración geológica. Por ejemplo, los depósitos de SEDEX, que literalmente significa “exhalación sedimentaria” son una clase de yacimiento mineral formado en el fondo del mar (sedimentario) por exhalación de salmueras en agua de mar (exhalación), causando precipitación química de minerales minerales cuando la salmuera se enfría, se mezcla con agua de mar y pierde su transporte de metal capacidad.
Los depósitos de mineral rara vez encajan perfectamente en las cajas en las que los geólogos desean colocarlos. Muchos pueden estar formados por uno o más de los procesos básicos de génesis anteriores, creando clasificaciones ambiguas y mucho argumento y conjetura. A menudo, los depósitos de mineral se clasifican según ejemplos de su tipo, por ejemplo, depósitos de plomo-zinc-plata tipo Broken Hill o depósitos de oro tipo Carlin.
La clasificación de los yacimientos hidrotermales también se logra clasificando de acuerdo a la temperatura de formación, que aproximadamente también se correlaciona con fluidos mineralizantes particulares, asociaciones minerales y estilos estructurales. Este esquema, propuesto por Waldemar Lindgren (1933) clasificó los yacimientos hidrotermales como hipotermales, mesotérmicos, epitermales y teletérmicos.
GÉNESIS DE MINERALES COMUNES
Como requieren la conjunción de condiciones ambientales específicas para formarse, los tipos particulares de depósitos minerales tienden a ocupar nichos geodinámicos específicos, [1] por lo tanto, esta página ha sido organizada por mercancía metálica. También es posible organizar las teorías de otra manera, es decir, según criterios geológicos de formación. A menudo, los minerales del mismo metal se pueden formar por múltiples procesos, y esto se describe aquí debajo de cada metal o complejo metálico.
Hierro
Los minerales de hierro se derivan abrumadoramente de sedimentos antiguos conocidos como formaciones de hierro en bandas (BIF). Estos sedimentos están compuestos por minerales de óxido de hierro depositados en el fondo marino. Se necesitan condiciones ambientales particulares para transportar suficiente hierro en el agua de mar para formar estos depósitos, como atmósferas ácidas y pobres en oxígeno dentro de la Era Proterozoica.
A menudo, se requiere una meteorización más reciente para convertir los minerales de magnetita habituales en hematites más fácilmente procesados. Algunos depósitos de hierro dentro de la Pilbara de Australia Occidental son depósitos de placer, formados por la acumulación de gravas de hematites llamadas pisolitas que forman depósitos de hierro canalizado. Estos son los preferidos porque son baratos para los míos.
Plomo Zinc Plata
Los depósitos de plomo-zinc generalmente van acompañados de plata, alojados dentro del mineral de sulfuro de plomo galena o dentro de la esfalerita mineral de sulfuro de zinc.
Los depósitos de plomo y zinc se forman por la descarga de salmuera sedimentaria profunda sobre el fondo marino (denominada sedimentaria exhalativa o SEDEX), o por reemplazo de piedra caliza, en depósitos de skarn, algunos asociados con volcanes submarinos (llamados depósitos de mineral de sulfuro masivo volcanogénico o VMS) o en aureola de intrusiones subvolcánicas de granito. La gran mayoría de los depósitos de plomo y zinc de SEDEX son proterozoicos en edad, aunque hay ejemplos jurásicos significativos en Canadá y Alaska.
El depósito de tipo reemplazo de carbonato se ejemplifica por los depósitos de mineral tipo valle del Mississippi (MVT). MVT y estilos similares ocurren por reemplazo y degradación de secuencias de carbonato por hidrocarburos, que se consideran importantes para el transporte de plomo.
Oro
Los depósitos de oro se forman a través de una muy amplia variedad de procesos geológicos. Los depósitos se clasifican como depósitos primarios, aluviales o colocadores, o depósitos residuales o lateríticos. A menudo, un depósito contendrá una mezcla de los tres tipos de mineral.
Figura 1. Mineral de oro de alto grado (bonanza), riolita de cuarzo-adularia brecalizada. El oro nativo (Au) se presenta en esta roca como bandas coloformes, reemplaza parcialmente a los clastos de brechas, y también se difunde en la matriz. Investigaciones publicadas indican que las rocas Sleeper Mine representan un antiguo depósito epitermal de oro (depósito de oro de aguas termales), formado por el vulcanismo durante la tectónica extensional Basin & Range. Mina Sleeper, condado de Humboldt, Nevada.
La tectónica de placas es el mecanismo subyacente para generar depósitos de oro. La mayoría de los depósitos primarios de oro se dividen en dos categorías principales: depósitos de oro de veta o depósitos relacionados con la intrusión.
Los depósitos de oro de la veta son generalmente de alto grado, delgados, vetas y fallas alojados. Se componen principalmente de vetas de cuarzo también conocidas como lodas o arrecifes, que contienen ya sea oro nativo o sulfuros y telururos de oro. Los depósitos de oro de veta suelen estar alojados en basalto o en sedimentos conocidos como turbidita, aunque cuando están en fallas, pueden ocupar rocas ígneas intrusivas como el granito.
Los depósitos de oro y oro están íntimamente asociados con la orogenia y otros eventos de colisión de placas dentro de la historia geológica. La mayoría de los depósitos de oro de veta provienen de rocas metamórficas porque se piensa que la mayoría se forman por deshidratación del basalto durante el metamorfismo. El oro es transportado por fallas por aguas hidrotermales y depositado cuando el agua se enfría demasiado para retener el oro en solución.
El oro relacionado con intrusiones generalmente se aloja en granitos, pórfidos o raramente diques. El oro relacionado con intrusiones generalmente también contiene cobre, y a menudo se asocia con estaño y tungsteno, y raramente molibdeno, antimonio y uranio. Los depósitos de oro relacionados con intrusiones se basan en el oro existente en los fluidos asociados con el magma (White, 2001), y la inevitable descarga de estos fluidos hidrotermales en las paredes y rocas (Lowenstern, 2001). Los depósitos de Skarn son otra manifestación de los depósitos relacionados con intrusiones.
Los depósitos de placer se obtienen de depósitos de oro preexistentes y son depósitos secundarios. Los depósitos de placer están formados por procesos aluvialesdentro de ríos, arroyos y en playas. Los depósitos de oro de placer se forman por gravedad, con la densidad del oro lo que hace que se hunda en sitios de trampa dentro del lecho del río, o donde la velocidad del agua desciende, como curvas en ríos y detrás de rocas. A menudo, los depósitos de placer se encuentran dentro de rocas sedimentarias y pueden tener miles de millones de años, por ejemplo, los depósitos de Witwatersrand en Sudáfrica. Los depósitos sedimentarios de placer se conocen como 'plomos' o 'conductores profundos'.
Los depósitos de placer a menudo se trabajan fosicking, y el escaneo de oro es un pasatiempo popular.
Los depósitos de oro de laterita se forman a partir de depósitos de oro preexistentes (incluidos algunos depósitos de placer) durante la erosión prolongada del lecho rocoso. El oro se deposita dentro de los óxidos de hierro en la roca desgastada o el regolito, y puede enriquecerse aún más mediante la reelaboración por erosión. Algunos depósitos de laterita se forman por erosión eólica del lecho rocoso dejando un residuo de metal dorado nativo en la superficie.
Una bacteria, Cupriavidus metallidurans juega un papel vital en la formación de pepitas de oro, al precipitar oro metálico a partir de una solución de tetracloruro de oro (III), un compuesto altamente tóxico para la mayoría de los otros microorganismos. De igual manera, los acidovoranos Delftia pueden formar pepitas de oro.
Platino
El platino y el paladio son metales preciosos que se encuentran generalmente en rocas ultramáficas. La fuente de depósitos de platino y paladio son rocas ultramáficas que tienen suficiente azufre para formar un mineral de sulfuro mientras el magma sigue siendo líquido. Este mineral sulfuro (generalmente pentlandita, pirita, calcopirita o pirrotita) gana platino al mezclarse con el grueso del magma porque el platino es calcófilo y se concentra en sulfuros. Alternativamente, el platino ocurre en asociación con la cromita ya sea dentro del propio mineral de cromita o dentro de los sulfuros asociados a ella.
Las fases de sulfuro solo se forman en magmas ultramaficos cuando el magma alcanza la saturación de azufre. Esto generalmente se piensa que es casi imposible por cristalización fraccionada pura, por lo que generalmente se requieren otros procesos en los modelos de génesis del mineral para explicar la saturación de azufre. Estos incluyen la contaminación del magma con material de la corteza, especialmente rocas o sedimentos ricos en azufre; mezcla de magma; ganancia o pérdida volátil.
A menudo, el platino se asocia con depósitos de níquel, cobre, cromo y cobalto.
Níquel
Los depósitos de níquel se encuentran generalmente en dos formas, ya sea como sulfuro o laterita.
Los depósitos de níquel tipo sulfuro se forman esencialmente de la misma manera que los depósitos de platino. El níquel es un elemento calcófilo que prefiere sulfuros, por lo que una roca ultramáfica o máfica que tiene una fase de sulfuro en el magma puede formar sulfuros de níquel. Los mejores depósitos de níquel se forman donde el sulfuro se acumula en la base de tubos de lava o flujos volcánicos, especialmente lavas de komatiita.
Los depósitos komatiíticos de sulfuro de níquel-cobre se consideran formados por una mezcla de segregación de sulfuro, inmiscibilidad y erosión térmica de sedimentos sulfídicos. Los sedimentos se consideran necesarios para promover la saturación de azufre.
Algunos alféizares subvolcánicos en el Cinturón Thompson de Canadá albergan depósitos de sulfuro de níquel formados por deposición de sulfuros cerca del respiradero del alimentador. El sulfuro se acumuló cerca del respiradero debido a la pérdida de velocidad de magma en la interfaz de ventilación. Se considera que el enorme yacimiento de níquel de Voisey Bay se formó a través de un proceso similar.
El proceso de formación de depósitos de laterita de níquel es esencialmente similar a la formación de depósitos de laterita de oro, excepto que se requieren rocas ultramáficas o máficas. Generalmente, las lateritas de níquel requieren intrusiones ultramáficas muy grandes con olivino. Los minerales formados en los depósitos de níquel de laterita incluyen gibbsita.
Cobre
El cobre se encuentra en asociación con muchos otros metales y estilos de depósito. Comúnmente, el cobre se forma dentro de rocas sedimentarias o se asocia con rocas ígneas.
Los principales depósitos de cobre del mundo se forman dentro del estilo de cobre de pórfido granítico. El cobre se enriquece mediante procesos durante la cristalización del granito y se forma como calcopirita, un mineral de sulfuro, que se transporta con el granito.
A veces los granitos salen a la superficie como volcanes, y la mineralización de cobre se forma durante esta fase cuando el granito y las rocas volcánicas se enfrían a través de la circulación hidrotermal.
Se forma cobre sedimentario dentro de cuencas oceánicas en rocas sedimentarias. Generalmente esto se forma por la salmuera de sedimentos profundamente enterrados que se descargan en las profundidades del mar, y precipitando cobre y a menudo sulfuros de plomo y zinc directamente sobre el fondo del mar. Esto es luego enterrado por más sedimentos. Este es un proceso similar al zinc y plomo de SEDEX, aunque existen algunos ejemplos alojados en carbonato.
A menudo, el cobre se asocia con depósitos de oro, plomo, zinc y níquel.
Uranio
Los depósitos de uranio suelen obtenerse de granitos radiactivos, donde ciertos minerales como la monazita son lixiviados durante la actividad hidrotermal o durante la circulación de aguas subterráneas. El uranio se soluciona por condiciones ácidas y se deposita cuando se neutraliza esta acidez. Generalmente esto ocurre en ciertos sedimentos portadores de carbono, dentro de una discordancia en los estratos sedimentarios. La mayor parte de la energía nuclear del mundo proviene del uranio en dichos depósitos.
Figura 2. Las especies de Citrobacter pueden tener concentraciones de uranio en sus cuerpos 300 veces mayores que en el ambiente circundante.
El uranio también se encuentra en casi todo el carbón a varias partes por millón, y en todos los granitos. El radón es un problema común durante la extracción de uranio ya que es un gas radiactivo.
El uranio también se encuentra asociado con ciertas rocas ígneas, como el granito y el pórfido. El depósito de Presa Olímpica en Australia es un ejemplo de este tipo de yacimiento de uranio. Contiene el 70% de la participación de Australia del 40% del inventario mundial conocido de uranio recuperable de bajo costo.
Titanio y Circonio
Las arenas minerales son el tipo predominante de depósito de titanio, circonio y torio. Se forman por acumulación de tales minerales pesados dentro de los sistemas de playa, y son un tipo de depósitos de placer. Los minerales que contienen titanio son ilmenita, rutilo y leucoxeno, el circonio está contenido dentro del circón y el torio generalmente está contenido dentro de la monazita. Estos minerales provienen principalmente del lecho rocoso de granito por erosión y son transportados al mar por ríos donde se acumulan dentro de las arenas de las playas. Rara vez, pero importante, se pueden formar depósitos de oro, estaño y platino en los depósitos de placer de playa.
Estaño, Tungsteno y Molibdeno
Estos tres metales generalmente se forman en cierto tipo de granito, a través de un mecanismo similar al oro y el cobre relacionados con intrusiones. Se consideran juntos porque el proceso de formación de estos depósitos es esencialmente el mismo. La mineralización tipo skarn relacionada con estos granitos es un tipo muy importante de depósito de estaño, tungsteno y molibdeno. Los depósitos de Skarn se forman por reacción de fluidos mineralizados del granito que reaccionan con rocas de pared como la piedra caliza. La mineralización de Skarn también es importante en la mineralización de plomo, zinc, cobre, oro y ocasionalmente uranio.
El granito Greisen es otro estilo relacionado con la mineralización de estaño-molibdeno y topacio.
Elementos de tierras raras, niobio, tantalio, litio
La abrumadora mayoría de los elementos de tierras raras, tántalo y litio se encuentran dentro de la pegmatita. Las teorías de la génesis del mineral para estos minerales son amplias y variadas, pero la mayoría involucran metamorfismo y actividad ígnea. El litio está presente como espodumeno o lepidolita dentro de la pegmatita.
Las intrusiones de carbonatitas son una fuente importante de estos elementos. Los minerales minerales son esencialmente parte de la mineralogía inusual de la carbonatita.
Fosfato
El fosfato se utiliza en fertilizantes. Inmensas cantidades de roca de fosfato o fosforita ocurren en depósitos sedimentarios de plataforma, que varían en edad desde el Proterozoico hasta ambientes que se forman actualmente. Se cree que los depósitos de fosfato provienen de los esqueletos de criaturas del mar muerto que se acumularon en el fondo marino. Similar a los depósitos de mineral de hierro y petróleo, se cree que condiciones particulares en el océano y el medio ambiente han contribuido a estos depósitos dentro del pasado geológico.
Los depósitos de fosfato también se forman a partir de rocas ígneas alcalinas como sienitas de nefelina, carbonatitas y tipos de rocas asociadas. El fosfato está, en este caso, contenido dentro de magmaticapatita, monacita u otros fosfatos de tierras raras.
Vanadio
Debido a la presencia de vanabinas, la concentración de vanadio que se encuentra en las células sanguíneas de Ascidia gemmata pertenecientes al suborden Phlebobranchia es 10,000,000 veces mayor que la del agua de mar circundante. Un proceso biológico similar podría haber jugado un papel en la formación de minerales de vanadio. El vanadio también está presente en depósitos de combustibles fósiles como petróleo crudo, carbón, esquisto bituminoso y arenas petrolíferas. En crudo se han reportado concentraciones de hasta 1200 ppm.
Figura 3. Los tunicados como este tunicado bluebell contienen vanadio como vanabina.
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