Varias teorías sobre la génesis de los minerales explican cómo se forman los distintos tipos de depósitos minerales dentro de la corteza terrestre . Las teorías sobre la génesis de los minerales varían según el mineral o el producto básico examinado.
Las teorías sobre la génesis de minerales generalmente involucran tres componentes: fuente, transporte o conducto y trampa. (Esto también se aplica a la industria petrolera : los geólogos petroleros fueron los creadores de este análisis).
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.
Estos procesos son los fenómenos y reacciones fisicoquímicas provocados por el movimiento del agua hidrotermal dentro de la corteza, a menudo como consecuencia de intrusiones magmáticas o de levantamientos tectónicos. Los fundamentos de los procesos hidrotermales son el mecanismo de fuente-transporte-trampa.
Las fuentes de soluciones hidrotermales incluyen agua de mar y agua meteórica que circula a través de rocas fracturadas, salmueras formativas (agua atrapada dentro de los sedimentos durante la deposición) y fluidos metamórficos creados por la deshidratación de minerales hidratados durante el metamorfismo .
Las fuentes de metales pueden incluir una gran cantidad de rocas. Sin embargo, la mayoría de los metales de importancia económica se encuentran en forma de oligoelementos dentro de los minerales que forman las rocas y, por lo tanto, pueden liberarse mediante procesos hidrotermales. Esto sucede debido a:
El transporte por soluciones hidrotermales suele requerir una sal u otra especie soluble que pueda formar un complejo portador de metales. Estos complejos portadores de metales facilitan el transporte de metales dentro de soluciones acuosas, generalmente como hidróxidos , pero también mediante procesos similares a la quelación .
Este proceso se comprende especialmente bien en la metalogenia del oro, donde se forman diversos tiosulfatos, cloruros y otros complejos químicos que contienen oro (en particular, telurio -cloruro/sulfato o antimonio-cloruro/sulfato). La mayoría de los depósitos metálicos formados por procesos hidrotermales incluyen minerales de sulfuro , lo que indica que el azufre es un importante complejo que contiene metales.
La deposición de sulfuro dentro de la zona de trampa ocurre cuando el sulfato, sulfuro u otros complejos que transportan metales se vuelven químicamente inestables debido a uno o más de los siguientes procesos:
El metal también puede precipitar 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.
Los depósitos de mineral formados por secreción lateral se forman por reacciones metamórficas durante el cizallamiento , que liberan constituyentes minerales como cuarzo, sulfuros, oro, carbonatos y óxidos de las rocas deformantes y concentran estos constituyentes en zonas de presión reducida o dilatación, como las fallas . Esto puede ocurrir sin mucho flujo de fluido hidrotermal, y 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.
Los procesos superficiales son los fenómenos físicos y químicos que provocan la concentración de material mineral dentro del regolito , generalmente por acción del medio ambiente. Esto incluye depósitos de placer , depósitos de laterita y depósitos residuales o eluviales . Los procesos de formación de minerales en depósitos superficiales incluyen:
La clasificación de los depósitos minerales hidrotermales también se logra clasificándolos según la temperatura de formación, que aproximadamente también se correlaciona con fluidos mineralizantes particulares, asociaciones minerales y estilos estructurales. [2] Este esquema, propuesto por Waldemar Lindgren (1933), clasificó los depósitos hidrotermales de la siguiente manera: [2]
Los depósitos minerales se clasifican generalmente según los procesos de formación del mineral y el entorno geológico. Por ejemplo, los depósitos sedimentarios exhalativos (SEDEX) son una clase de depósito mineral formado en el fondo marino (sedimentario) por la exhalación de salmueras en el agua de mar (exhalativo), lo que provoca la precipitación química de los minerales del mineral cuando la salmuera se enfría, se mezcla con el agua de mar y pierde su capacidad de transporte de metales.
Los yacimientos minerales rara vez encajan perfectamente en las categorías en las que los geólogos desean colocarlos. Muchos pueden formarse mediante uno o más de los procesos básicos de génesis mencionados anteriormente, lo que genera clasificaciones ambiguas y mucha discusión y conjetura. A menudo, los yacimientos minerales se clasifican según ejemplos de su tipo, por ejemplo, los yacimientos de plomo, zinc y plata del tipo Broken Hill o los yacimientos de oro del tipo Carlin .
Dado que requieren la conjunción de condiciones ambientales específicas para formarse, determinados tipos de depósitos minerales tienden a ocupar nichos geodinámicos específicos, [6] por lo que esta página se ha organizado por producto básico de metal . También es posible organizar las teorías de la otra manera, es decir, según criterios geológicos de formación. A menudo, los minerales del mismo metal se pueden formar mediante múltiples procesos, y esto se describe aquí bajo cada metal o complejo de metales.
Los minerales de hierro se derivan en su gran mayoría de sedimentos antiguos conocidos como formaciones de hierro bandeado (BIF, por sus siglas en inglés). Estos sedimentos están compuestos de 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 durante la Era Proterozoica .
A menudo, se requiere una erosión más reciente para convertir los minerales de magnetita habituales en hematita , que se procesa con mayor facilidad . Algunos depósitos de hierro en Pilbara , en Australia Occidental, son depósitos de placer , formados por la acumulación de gravas de hematita llamadas pisolitas , que forman depósitos de hierro en canal . Estos son los preferidos porque son baratos de extraer.
Los depósitos de plomo y zinc generalmente están acompañados de plata , alojada dentro del mineral de sulfuro de plomo galena o dentro del mineral de sulfuro de zinc esfalrita .
Los depósitos de plomo y zinc se forman por la descarga de salmuera sedimentaria profunda en el fondo marino (denominada sedimentación exhalativa o SEDEX), o por reemplazo de piedra caliza , en depósitos de skarn , algunos asociados con volcanes submarinos (llamados depósitos minerales de sulfuro masivo volcanogénicos o VMS), o en la aureola de intrusiones subvolcánicas de granito. La gran mayoría de los depósitos de plomo y zinc SEDEX son de edad Proterozoica , aunque hay ejemplos significativos del Jurásico en Canadá y Alaska.
El tipo de depósito de reemplazo de carbonato se ejemplifica con los depósitos de mineral de tipo valle de Mississippi (MVT) . El MVT y otros tipos similares se producen por reemplazo y degradación de secuencias de carbonato por hidrocarburos , que se consideran importantes para el transporte de plomo.
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Los yacimientos de oro se forman a través de una amplia variedad de procesos geológicos . Los yacimientos se clasifican como primarios, aluviales o de placer , o residuales o de laterita . A menudo, un yacimiento contiene una mezcla de los tres tipos de mineral.
La tectónica de placas es el mecanismo subyacente para la generación de depósitos de oro. La mayoría de los depósitos de oro primario se dividen en dos categorías principales: depósitos de oro de veta o depósitos relacionados con intrusiones .
Los depósitos de oro en vetas , también denominados oro orogénico, son generalmente de alto grado, delgados, alojados en vetas y fallas. Están compuestos principalmente de vetas de cuarzo , también conocidas como vetas o arrecifes , que contienen oro nativo o sulfuros y telururos de oro . Los depósitos de oro en vetas 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 en vetas están íntimamente asociados con la orogenia y otros eventos de colisión de placas dentro de la historia geológica. Se cree que la mayoría de los depósitos de oro en vetas provienen de rocas metamórficas por la deshidratación del basalto durante el metamorfismo. El oro es transportado hacia arriba por las fallas por las aguas hidrotermales y se deposita cuando el agua se enfría demasiado para retener el oro en solución.
El oro relacionado con intrusivos (Lang y Baker, 2001) generalmente se encuentra alojado en granitos, pórfidos o, raramente, diques . El oro relacionado con intrusivos 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 intrusivos dependen del oro existente en los fluidos asociados con el magma (White, 2001) y la inevitable descarga de estos fluidos hidrotermales en las rocas de la pared (Lowenstern, 2001). Los depósitos de skarn son otra manifestación de los depósitos relacionados con intrusivos.
Los depósitos de placer se originan a partir de depósitos de oro preexistentes y son depósitos secundarios. Los depósitos de placer se forman por procesos aluviales dentro de ríos y arroyos, y en playas . Los depósitos de oro de placer se forman por gravedad , con la densidad del oro haciendo que se hunda en sitios de trampa dentro del lecho del río, o donde la velocidad del agua disminuye, como curvas en los ríos y detrás de las 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 de placer sedimentarios se conocen como "leads" o "deep leads".
Los depósitos de placer se explotan a menudo mediante la excavación , y la búsqueda de oro es un pasatiempo popular.
Los depósitos de oro laterítico 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 óxidos de hierro en la roca erosionada o 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 oro metálico nativo en la superficie.
Una bacteria, Cupriavidus metallidurans , desempeña 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 demás microorganismos. [8] De manera similar, Delftia acidovorans puede formar pepitas de oro. [9]
El platino y el paladio son metales preciosos que se encuentran generalmente en rocas ultramáficas . La fuente de los depósitos de platino y paladio son rocas ultramáficas que tienen suficiente azufre para formar un mineral de sulfuro mientras el magma aún está líquido. Este mineral de sulfuro (generalmente pentlandita , pirita , calcopirita o pirrotita ) obtiene platino al mezclarse con la mayor parte del magma porque el platino es calcófilo y se concentra en sulfuros. Alternativamente, el platino se presenta en asociación con cromita, ya sea dentro del propio mineral de cromita o dentro de sulfuros asociados con él.
Las fases de sulfuro solo se forman en magmas ultramáficos cuando el magma alcanza la saturación de azufre. En general, se cree que esto es casi imposible mediante cristalización fraccionada pura, por lo que generalmente se requieren otros procesos en los modelos de génesis de minerales para explicar la saturación de azufre. Estos incluyen la contaminación del magma con material de la corteza, especialmente rocas de pared o sedimentos ricos en azufre; mezcla de magma; ganancia o pérdida de volátiles.
A menudo, el platino se asocia con depósitos de níquel , cobre , cromo y cobalto .
Los depósitos de níquel generalmente se encuentran en dos formas, como sulfuro o laterita.
Los depósitos de níquel de tipo sulfuro se forman básicamente de la misma manera que los depósitos de platino . El níquel es un elemento calcófilo que prefiere los sulfuros, por lo que una roca ultramáfica o máfica que tenga 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 los tubos de lava o flujos volcánicos , especialmente las lavas de komatiita .
Se considera que los depósitos de sulfuro de níquel y cobre komatíticos se forman por una combinación de segregación de sulfuro, inmiscibilidad y erosión térmica de sedimentos sulfídicos. Se considera que los sedimentos son necesarios para promover la saturación de azufre.
Algunos umbrales subvolcánicos del cinturón Thompson de Canadá albergan depósitos de sulfuro de níquel formados por deposición de sulfuros cerca del respiradero alimentador. El sulfuro se acumuló cerca del respiradero debido a la pérdida de velocidad del magma en la interfaz del respiradero. Se considera que el enorme depósito de níquel de Voisey's Bay se formó mediante 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 . Por lo general, las lateritas de níquel requieren intrusiones ultramáficas muy grandes que contengan olivino . Los minerales formados en depósitos de níquel de laterita incluyen gibbsita .
El cobre se encuentra asociado a muchos otros metales y tipos de depósitos. Por lo general, el cobre se forma dentro de rocas sedimentarias o asociado a rocas ígneas .
Los principales yacimientos de cobre del mundo se forman en el estilo de pórfido de cobre granítico . El cobre se enriquece mediante procesos durante la cristalización del granito y se forma como calcopirita , un mineral de sulfuro que es arrastrado junto con el granito.
A veces, los granitos entran en erupción y forman volcanes , y la mineralización de cobre se forma durante esta fase cuando el granito y las rocas volcánicas se enfrían mediante la circulación hidrotermal .
El cobre sedimentario se forma en las cuencas oceánicas, en las rocas sedimentarias. Generalmente, se forma por la descarga de salmuera de sedimentos enterrados profundamente en las profundidades marinas, precipitando sulfuros de cobre y, a menudo, de plomo y zinc directamente en el fondo marino, que luego quedan enterrados por otros sedimentos. Se trata de un proceso similar al del zinc y el plomo SEDEX, aunque existen algunos ejemplos alojados en carbonatos.
A menudo, el cobre se asocia con depósitos de oro , plomo , zinc y níquel .
Los yacimientos de uranio suelen proceder de granitos radiactivos , en los que ciertos minerales como la monacita se lixivian durante la actividad hidrotermal o durante la circulación de las aguas subterráneas . El uranio se disuelve en condiciones ácidas y se deposita cuando se neutraliza esta acidez. Generalmente esto ocurre en ciertos sedimentos que contienen carbono, dentro de una discordancia en los estratos sedimentarios. La mayor parte de la energía nuclear del mundo proviene del uranio de dichos yacimientos.
El uranio también se encuentra en casi todo el carbón en varias partes por millón y en todos los granitos. El radón es un problema común durante la minería de uranio, ya que es un gas radiactivo.
El uranio también se encuentra asociado a ciertas rocas ígneas, como el granito y el pórfido . El depósito Olympic Dam en Australia es un ejemplo de este tipo de depósito de uranio. Contiene el 70% de la participación australiana en el 40% del inventario mundial conocido de uranio recuperable a bajo costo.
Las arenas minerales son el tipo predominante de depósito de titanio , circonio y torio . Se forman por acumulación de estos 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 zircón y el torio generalmente está contenido dentro de la monacita . Estos minerales provienen principalmente de lechos rocosos de granito por erosión y son transportados al mar por los ríos donde se acumulan dentro de las arenas de la playa. Rara vez, pero de manera importante, se pueden formar depósitos de oro , estaño y platino en depósitos de placer de playa.
Estos tres metales se forman generalmente en un cierto tipo de granito , a través de un mecanismo similar al oro y al cobre relacionados con intrusivos. Se los considera juntos porque el proceso de formación de estos depósitos es esencialmente el mismo. La mineralización de 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 la reacción de los fluidos mineralizados del granito con rocas de la 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 de mineralización relacionado con estaño-molibdeno y topacio.
La gran mayoría de los elementos de tierras raras , tantalio y litio se encuentran dentro de la pegmatita . Las teorías sobre la génesis de estos minerales son amplias y variadas, pero la mayoría involucra metamorfismo y actividad ígnea . [10] El litio está presente como espodumena o lepidolita dentro de la pegmatita.
Las intrusiones de carbonatita son una fuente importante de estos elementos. Los minerales de mena son esencialmente parte de la mineralogía inusual de la carbonatita.
El fosfato se utiliza en fertilizantes. En los depósitos sedimentarios de las plataformas se encuentran inmensas cantidades de roca fosfórica o fosforita , cuya antigüedad va desde el Proterozoico hasta los entornos en formación actuales. [11] Se cree que los depósitos de fosfato provienen de los esqueletos de criaturas marinas muertas que se acumularon en el fondo marino. Al igual que en el caso de los depósitos de mineral de hierro y petróleo, se cree que las condiciones particulares del océano y el medio ambiente contribuyeron a la formación de estos depósitos en el pasado geológico.
Los depósitos de fosfato también se forman a partir de rocas ígneas alcalinas, como las sienitas nefelínicas , las carbonatitas y otros tipos de rocas asociadas. En este caso, el fosfato está contenido en apatita magmática , monacita u otros fosfatos de tierras raras.
Debido a la presencia de vanabinas , la concentración de vanadio encontrada en las células sanguíneas de Ascidia gemmata, perteneciente al suborden Phlebobranchia, es 10.000.000 de 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 bituminosas . En el petróleo crudo, se han reportado concentraciones de hasta 1200 ppm.
Los metales preciosos como el oro y el platino , pero también muchos otros metales raros y nobles , se originaron en gran medida en colisiones de estrellas de neutrones , es decir, colisiones entre restos de supernovas extremadamente pesados, masivos y densos. En los momentos finales de la colisión, las condiciones físicas son tan extremas que estos elementos raros y pesados pueden formarse y son lanzados al espacio. Las nubes de polvo y gas interestelares contienen algunos de estos elementos, al igual que la nube de polvo a partir de la cual se formó nuestro sistema solar .
Estos metales pesados cayeron al centro del núcleo fundido de la Tierra y ya no son accesibles. Sin embargo, unos 200 millones de años después de que se formara la Tierra, un intenso bombardeo tardío de meteoritos impactó la Tierra. Como la Tierra ya había comenzado a enfriarse y solidificarse, el material (incluidos los metales pesados) de ese bombardeo pasó a formar parte de la corteza terrestre , en lugar de caer profundamente en el núcleo. Se procesaron y quedaron expuestos por procesos geológicos durante miles de millones de años. Se cree que esto representa el origen de muchos elementos y todos los metales pesados que se encuentran en la Tierra hoy en día. [12] [13]
