Varias teorías sobre la génesis del mineral explican cómo se forman los distintos tipos de depósitos minerales dentro de la corteza terrestre . Las teorías de la mineralgénesis varían según el mineral o producto examinado.
Las teorías de mineralgénesis generalmente involucran tres componentes: fuente, transporte o conducto y trampa. (Esto también se aplica a la industria petrolera : los geólogos petroleros originaron 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 fisicoquímicos provocados por el movimiento del agua hidrotermal dentro de la corteza, a menudo como consecuencia de una intrusión magmática o trastornos tectónicos. La base de los procesos hidrotermales es el mecanismo fuente-transporte-trampa.
Las fuentes de soluciones hidrotermales incluyen agua de mar y agua meteórica que circula a través de rocas fracturadas, salmueras de formación (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 metales pueden incluir una gran cantidad de rocas. Sin embargo, la mayoría de los metales de importancia económica se transportan como oligoelementos dentro de los minerales formadores de rocas y, por lo tanto, pueden liberarse mediante procesos hidrotermales. Esto sucede debido a:
El transporte por soluciones hidrotermales suele requerir una sal u otras especies solubles que puedan formar un complejo que contenga metales. Estos complejos que contienen 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 utilizan diversos tiosulfatos, cloruros y otros complejos químicos que transportan oro (en particular, cloruro/sulfato de teluro o cloruro/sulfato de antimonio). La mayoría de los depósitos metálicos formados por procesos hidrotermales incluyen minerales de sulfuro , lo que indica que el azufre es un importante complejo transportador de 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, la fugacidad del oxígeno , el intercambio de metales entre complejos de sulfuro y cloruro, etcétera.
Los depósitos de mineral formados por secreción lateral se forman mediante 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 fallas . Esto puede ocurrir sin mucho flujo de fluido hidrotermal, y esto es típico de los depósitos de cromita podiformes.
Los procesos metamórficos también controlan muchos procesos físicos que forman la fuente de los 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 la 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 de 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 de mineral generalmente se clasifican por procesos de formación de mineral y entorno geológico. Por ejemplo, los depósitos sedimentarios exhalativos (SEDEX) son una clase de depósito de mineral formado en el fondo del mar (sedimentario) mediante la exhalación de salmueras al agua de mar (exhalativo), lo que provoca la precipitación química de minerales cuando la salmuera se enfría y se mezcla con el agua de mar. y pierde su capacidad de carga de metal.
Los depósitos minerales rara vez encajan claramente en las categorías en las que los geólogos desean ubicarlos. Muchos pueden estar formados por uno o más de los procesos de génesis básicos mencionados anteriormente, creando clasificaciones ambiguas y muchos argumentos y conjeturas. A menudo, los depósitos de mineral se clasifican según ejemplos de su tipo, por ejemplo, depósitos de plomo, zinc y plata de tipo Broken Hill o depósitos de oro de tipo Carlin .
Como requieren la conjunción de condiciones ambientales específicas para formarse, tipos particulares de depósitos minerales tienden a ocupar nichos geodinámicos específicos, [6] por lo tanto, esta página ha sido organizada por producto metálico . También es posible organizar las teorías al revés, 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 debajo de cada metal o complejo metálico.
Los minerales de hierro se derivan en su abrumadora mayoría 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 del mar. Se necesitan condiciones ambientales particulares para transportar suficiente hierro en el agua de mar para formar estos depósitos, como las atmósferas ácidas y pobres en oxígeno dentro de la Era Proterozoica .
A menudo, se requiere una meteorización más reciente para convertir los minerales habituales de magnetita en hematita más fácilmente procesable . Algunos depósitos de hierro dentro de Pilbara en Australia Occidental son depósitos de placer , formados por acumulación de gravas de hematita llamadas pisolitas que forman depósitos de hierro en canales . Estos son los preferidos porque son baratos de extraer.
Los depósitos de plomo - zinc generalmente van acompañados de plata , alojada dentro del mineral de sulfuro de plomo galena o dentro del mineral de sulfuro de zinc esfalerita .
Los depósitos de plomo y zinc se forman mediante la descarga de salmuera sedimentaria profunda en el fondo del mar (denominada exhalación sedimentaria o SEDEX), o mediante la sustitución de piedra caliza , en depósitos de skarn , algunos asociados con volcanes submarinos (llamados depósitos de mineral de sulfuro masivos vulcanógenos o VMS). o en la aureola de intrusiones subvolcánicas de granito. La gran mayoría de los depósitos de plomo y zinc de SEDEX son de edad proterozoica , aunque hay importantes ejemplos del Jurásico en Canadá y Alaska.
El depósito de tipo de reemplazo de carbonato está ejemplificado por los depósitos de mineral tipo valle del Mississippi (MVT) . MVT y estilos similares se producen mediante la sustitución y degradación de secuencias de carbonatos por hidrocarburos , que se consideran importantes para el transporte de plomo.
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Los depósitos de oro se forman mediante una amplia variedad de procesos geológicos . Los depósitos se clasifican en depósitos primarios, aluviales o de placer , o depósitos residuales o de laterita . A menudo, un depósito contendrá una mezcla de los tres tipos de mineral.
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 en vetas o depósitos relacionados con intrusiones .
Los depósitos de oro de veta , también conocidos como oro orogénico, son generalmente de alta ley, delgados, alojados en vetas y fallas. Están formados principalmente por vetas de cuarzo , también conocidas como vetas o arrecifes , que contienen oro nativo o sulfuros y telururos de oro . Los depósitos de vetas de oro suelen estar alojados en basalto o en sedimentos conocidos como turbiditas , aunque cuando se encuentran en fallas , pueden ocupar rocas ígneas intrusivas como el granito .
Los depósitos de vetas de oro 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 vetas de oro provienen de rocas metamórficas mediante la deshidratación del basalto durante el metamorfismo. El oro es transportado a las fallas por aguas hidrotermales y depositado cuando el agua se enfría demasiado para retener el oro en solución.
El oro relacionado intrusivo (Lang y Baker, 2001) generalmente se aloja en granitos, pórfidos o, rara vez, en diques . El oro relacionado intrusivo generalmente también contiene cobre , y a menudo está asociado con estaño y tungsteno , y rara vez con 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 de la inevitable descarga de estos fluidos hidrotermales en las paredes de roca (Lowenstern, 2001). Los depósitos de Skarn son otra manifestación de depósitos relacionados con intrusivos.
Los depósitos de placer provienen 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 , y la densidad del oro hace que se hunda en sitios trampa dentro del lecho del río, o donde la velocidad del agua cae, como en las curvas de 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, como por ejemplo los depósitos de Witwatersrand en Sudáfrica . Los depósitos de placeres sedimentarios se conocen como "conductos" o "conductos profundos".
Los depósitos de placer a menudo se explotan mediante fossicking , y la búsqueda 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 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 la erosión eólica del lecho de roca, 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 generalmente se encuentran en rocas ultramáficas . La fuente de los depósitos de platino y paladio son las 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 ) gana platino al mezclarse con la mayor parte del magma porque el platino es calcófilo y se concentra en sulfuros. Alternativamente, el platino se encuentra asociado con cromita , ya sea dentro del propio mineral de cromita o dentro de los sulfuros asociados con él.
Las fases de sulfuro sólo se forman en magmas ultramáficos cuando el magma alcanza la saturación de azufre. En general, se piensa 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 terrestre, 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 .
Los depósitos de níquel generalmente se encuentran en dos formas, como sulfuro o laterita.
Los depósitos de níquel de tipo sulfuro se forman esencialmente 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 sulfuro en el magma puede formar sulfuros de níquel. Los mejores depósitos de níquel se forman donde se acumula sulfuro en la base de tubos de lava o flujos volcánicos , especialmente lavas de komatiita .
Se considera que los depósitos komatíticos de sulfuros de níquel-cobre se forman por una mezcla de segregación de sulfuros, inmiscibilidad y erosión térmica de sedimentos sulfurosos. Los sedimentos se consideran necesarios para favorecer la saturación de azufre.
Algunos umbrales subvolcánicos en el Cinturón Thompson de Canadá albergan depósitos de sulfuro de níquel formados por deposición de sulfuros cerca del respiradero alimentador. Se acumuló sulfuro 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 . Generalmente, las lateritas de níquel requieren intrusiones ultramáficas portadoras de olivino muy grandes . Los minerales formados en los depósitos de laterita y níquel incluyen la gibbsita .
El cobre se encuentra asociado con muchos otros metales y estilos de depósitos. Comúnmente, el cobre se forma dentro de rocas sedimentarias o asociado con rocas ígneas .
Los principales depósitos de cobre del mundo se forman dentro del 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 se transporta con el granito.
A veces, los granitos salen a la superficie como volcanes y se forma mineralización de cobre durante esta fase cuando el granito y las rocas volcánicas se enfrían mediante circulación hidrotermal .
El cobre sedimentario se forma dentro de las cuencas oceánicas en rocas sedimentarias. Generalmente, esto se forma por salmuera de sedimentos profundamente enterrados que se descargan en las profundidades del mar y precipitan sulfuros de cobre y, a menudo, plomo y zinc directamente en el fondo del mar. Luego queda enterrado por más sedimentos. Este es un proceso similar al SEDEX de zinc y plomo, aunque existen algunos ejemplos alojados en carbonato.
A menudo el cobre se asocia con depósitos de oro , plomo , zinc y níquel .
Los depósitos de uranio generalmente provienen de granitos radiactivos , donde ciertos minerales como la monacita se lixivian durante la actividad hidrotermal o durante la circulación de 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 contenido en dichos depósitos.
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 extracción 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 de Australia en el 40% del inventario mundial de uranio recuperable de bajo costo conocido.
Las arenas minerales son el tipo predominante de depósito de titanio , circonio y torio . Se forman por acumulación de minerales pesados dentro de los sistemas de playas y son un tipo de depósitos de placer . Los minerales que contienen titanio son ilmenita, rutilo y leucoxeno , el circonio está contenido en el circón y el torio generalmente está contenido en la monacita . Estos minerales provienen principalmente de un lecho de roca de granito por erosión y son transportados al mar por los ríos , donde se acumulan en las arenas de las playas. En raras ocasiones, pero de manera importante, se pueden formar depósitos de oro , estaño y platino en depósitos de placeres de playa.
Estos tres metales generalmente se forman en un cierto tipo de granito , mediante un mecanismo similar al del oro y el cobre relacionados con intrusivos. 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 de mineralización relacionado con estaño, molibdeno y topacio.
La inmensa mayoría de los elementos de tierras raras , el tantalio y el litio se encuentran en la pegmatita . Las teorías sobre la génesis de estos minerales son amplias y variadas, pero la mayoría implica metamorfismo y actividad ígnea . [10] El litio está presente como espodumeno o lepidolita dentro de la pegmatita.
Las intrusiones de carbonatita son una fuente importante de estos elementos. Los minerales minerales son esencialmente parte de la mineralogía inusual de la carbonatita.
El fosfato se utiliza en fertilizantes. En los depósitos de plataforma sedimentaria se encuentran cantidades inmensas de roca de fosfato o fosforita , cuyas edades varían desde el Proterozoico hasta los ambientes 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 los depósitos de mineral de hierro y el petróleo, se cree que las condiciones particulares del océano y el medio ambiente contribuyeron a estos depósitos en el pasado geológico.
Los depósitos de fosfato también se forman a partir de rocas ígneas alcalinas como nefelina sienitas , carbonatitas y 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 desempeñado un papel en la formación de minerales de vanadio . El vanadio también está presente en depósitos de combustibles fósiles como el petróleo crudo , el carbón , el esquisto bituminoso y las arenas bituminosas . En el petróleo crudo se han informado 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 : 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 esparcirse en el 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 .
Esos 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. Fueron procesados y expuestos por procesos geológicos durante miles de millones de años. Se cree que esto representa el origen de muchos elementos, y de todos los metales pesados, que se encuentran hoy en la tierra. [12] [13]
