Ing. Manuel Escalante Sánchez. I.1.- INTRODUCCIÓN La Geoquímica es la ciencia que estudia la abundancia, distribución y migración de los elementos químicos en la Tierra y al igual que todas las ciencias, ésta tiene muchas divisiones las cuales gradúan imperceptiblemente de una a otra. La Exploración Geoquímica es una de las grandes divisiones; otras incluye a la Geocronología, Geoquímica de Isótopos estables, Geoquímica Sedimentaria, Hidrogeoquímica, Geoquímica Orgánica, Geoquímica Agrícola como la concerniente con los estudios geológicos de los elementos mayores y menores que son necesarios en la nutrición de plantas y animales, la Geoquímica Marina como la química de las aguas y sedimentos oceánicos, así como los nuevos campos reconocidos tales como la Geoquímica Lunar y Ambiental, ésta ultima relacionada con la contaminación del ambiente superficial por desechos industriales incluyendo metales y productos radioactivos de reactores nucleares. En años recientes se han realizado más estudios geoquímicos los cuales tienen un punto en común, a saber, un ensayo para solucionar algunos problemas geológicos por vía de la química. Por lo tanto, en el sentido moderno, el objetivo de todas las divisiones de la geoquímica es solucionar problemas geológicos (incluyendo ambiental y lunar). La exploración geoquímica, también llamada Prospección Geoquímica, es la aplicación práctica de los paradosla guerras exploración minera,principalmente la cual se desarrolló fuertemente en principios el periodogeoquímicos comprendidoteóricos entre las mundiales, en la URSS como pionero y conjuntamente con Canadá y Estados Unidos, han contribuido de manera importante al desarrollo de las técnicas que actualmente se utilizan. El objetivo específico es localizar nuevos depósitos de metales y no metales, o las acumulaciones de gas natural y petróleo, y localizar las extensiones de depósitos existentes, por el empleo de métodos químicos. Los métodos usados involucran mediciones sistemáticas de uno o más elementos químicos o sus componentes, los cuales usualmente ocurren en pequeñas cantidades. Las mediciones son hechas en alguna de las varias sustancias de ocurrencia natural, fácilmente muestreadas, tales como rocas, sedimentos de arroyo, suelos, agua, vegetación o aire. Por consecuencia, la exploración geoquímica es usualmente divididacomo en dos categorías: El estudio de depósitos minerales tanto metálicos noamplias metálicos. El estudio del petróleo y gas natural. Cada una de estas categorías está altamente especializada y ellas son casi mutuamente exclusivas en el presente, aunque en ambas la geoquímica busca los recursos naturales ocultos. En ambos casos el objetivo es el mismo, esto es, encontrar algunas dispersiones de elementos o compuestos suficientemente arriba de lo normal y que son llamadas anomalías, las cuales pueden indicar mineralización o acumulación de hidrocarburos. Sin embargo, en los estudios para los depósitos minerales y para la acumulación de hidrocarburos, los parámetros medidos son diferentes, la instrumentación usada es significativamente diferente, y son en poca extensión, el énfasis está situado en los diferentes materiales que son muestreados. Se recomienda que esta separación arbitraria pueda no ser ideal porque filosóficamente la exploración para cualquier recurso natural debe de estar basada sobre los mismos principios geológicos y geoquímicos (por ejemplo la importancia de la geología estructural y la migración de fluidos). Además cuando nos damos cuenta de que un gran porcentaje de todos los metales hasta ahora minados están tanto en rocas sedimentarias como en rocas que fueron srcinalmente
sedimentarias y que ahora están metamorfizadas, entonces ahí estaría en apariencia una mayor integración de exploración tanto de minerales como de hidrocarburos. En el pasado, la exploración fue principalmente realizada por los prospectores y geólogos quienes se concentraban en afloramientos, o expresiones relacionadas a mineralización tales como minerales pesados en sedimentos de arroyo, especialmente en las bien conocidas capas mineralizadas de la Tierra. Esto resultó en el descubrimiento de muchos cuerpos mineralizados, algunos de los cuales pueden ser reconocidos visualmente. Éxitos similares también aplicados a algunos de los grandes campos de hidrocarburos fueron debidos a expresiones visuales, tales como filtraciones de petróleo y gas natural, así como la ocurrencia de brea. Sin embargo, la era del reconocimiento visual está esencialmente enmarcada en los depósitos minerales del mundo más cercanos y más obvios que probablemente han tenido una explotación. Para ilustrar este hecho basta con mencionar que en México aproximadamente el 90% de los metales explotados (minados) son de minas fundadas por los españoles. Así también la localización de las minas actualmente en operación en algunas partes de Europa, fueron localizadas dentro del Imperio Romano. Claramente, se manifiesta como una necesidad radical, nuevos accesos a la exploración minera, que la geoquímica conjuntamente con otras ciencias tal como la geofísica, esta intentando Pero comonueva; veremos posteriormente, la laaplicación química a la exploración llenar. no es totalmente lo novedoso involucra aplicacióndedelainstrumentación sofisticada sensible en el rango químico de "micro", como opuesto a la identificación previa "mega" de los depósitos minerales visibles. El así llamado acceso moderno a lo que es auténticamente una técnica antigua continúa con tal ayuda adicional, con métodos aéreos de análisis y colección de muestras, procesamiento electrónico de datos, y actualizados métodos de interpretación. En todos los casos el factor principal es el reconocer algunos tipos de anomalías químicas las cuales podrían ser indicativas de mineralización de valor económico. Con el progreso actual, aparentemente los depósitos minerales de bajo grado podrían hacerse sucesivamente más económicos. Por ejemplo, durante 25 años los procesos de beneficio para el cobre no fueron económicos menos que obras la ley de de minado la menaafuera 1.5% para de Culosy grandes volúmenes. Actualmente las agigantescas cielodeabierto pórfidos de Cu y su localización favorable, los hacen económicamente explotables con una ley de aproximadamente de 0.4% de cobre. Desde un punto de vista práctico estos depósitos de bajo grado son extremadamente difíciles de localizar visualmente, específicamente si éstos se encuentran cubiertos por suelo, detritos glaciales u otro tipo de cubierta, y es exactamente en este tipo de situaciones en que los trabajos geoquímicos son aplicables. La exploración geoquímica es idealmente solicitada para la búsqueda de depósitos de baja ley, especialmente los que son difíciles de localizar (pórfidos cupríferos) o imposibles de reconocerlos visualmente (depósitos de oro en Carlin, Nevada). La geoquímica podría ser capaz de auxiliar en muchos casos (pero no en todos) en la interpretación y evaluación de las anomalías geofísicas, prospectos y áreas geológicas favorables.
En la práctica, es inusual que la geoquímica sea la última técnica usada en un proyecto de exploración, siendo algunas etapas de geología y geofísica las que generalmente son combinadas con la geoquímica. Un desarrollo reciente es el uso de estudios geoquímicos en áreas seleccionadas por el estudio de datos de sensores remotos, particularmente fotografías e imágenes de satélite relacionadas. El programa Earth Resources Technology Satellite de la NASA ha proporcionado la ocasión para usar datos a una escala sin precedentes permitiendo nuevas perspectivas para continuar el estudio de los recursos naturales. Los rasgos estructurales y litológicos a gran escala son distinguibles que muchas veces son rasgos geológicos sugestivos que merecen de más detalle por otros métodos, incluyendo métodos geoquímicos.
HISTORIA DE LA GEOQUÍMICA Algunos resúmenes de la historia de la geoquímica (Hawkes, 1957; Boyle, 1967 y Garret, 1970) han publicado que los principios de la prospección geoquímica fueron srcinados en la antigüedad. El gambusino buscando oro estaría, visto por la exploración geoquímica moderna, siguiendo los patrones de dispersión. Similarmente, los antiguos quienes estudiaban las manchas para el fierro (gossan) estuvieron de hecho, observando los indicios de depósitos sepultados. La principal diferencia entre el prospector antiguo y el explorador geoquímico moderno es que el primero usaba observaciones mineralógicas, mientras que el segundo usa análisis químicos.
Boyle (1967) enfatiza sobre los métodos geoquímicos escritos a mediados del siglo XVI. Otra referencia podría ser lo citado por Agricola (1556) para mostrar que el hombre medieval tenía los conocimientos sobre lo que nosotros actualmente llamamos efectos térmicos causados por la oxidación de sulfuros sobre las vetas, y el uso de los métodos biogeoquímicos en la exploración. Ellos también conocían el significado de las plantas como indicadores, particularmente la decoloración y cambios físicos en la vegetación, resultado de los efectos tóxicos de los elementos traza en suelos asociados con zonas mineralizadas. Lasporasociaciones botánicas la los mineralización han citada sido bien IX, según la fuente conocidas un largo tiempo, esto escon desde siglos VIII oaparentemente por Boyle (1967). Los chinos han observado que ciertas especies de plantas ocurren cerca de los depósitos de plata, oro, cobre y estaño y ellos conocían que este hecho podría ser usado en exploración. Los reportes sobre el uso de métodos de prospección geoquímica y bioquímicos se incrementaron en la literatura desde el siglo XVII y posteriores, haciéndose particularmente abundantes a principios del siglo XX. Se entiende claramente que en la actualidad, los métodos de exploración geoquímica no están basados enteramente sobre nuevos conceptos, pero si lo son los métodos sensibles capaces de extraer mas información de alta calidad de los materiales los cuales, en algunos casos, han sido usados por los prospectores durante más de 500 años. Los métodos modernos de exploración geoquímica fueron usados primeramente en la URSS a principios de 1930, posteriormente en los países escandinavos, particularmente en Suecia.
Los primeros programas de exploración a gran escala fueron iniciados en 1932 por geólogos soviéticos quienes perfeccionaron el método analítico de emisión espectrográfica, así como los procedimientos de muestreo para un estudio geoquímico rutinario de muestras de suelo. Los primeros trabajos fueron enfocados a la búsqueda de estaño, pero estos fueron rápidamente seguidos por otros estudios "metalométricos" (suelos y rocas intemperizadas) por cobre, plomo, zinc, níquel y otros metales. Muchos de los trabajos analíticos fueron realizados en el campo o en laboratorios portátiles utilizados en campo, usando datos semicuantitativos de emisión espectrográfica. Aproximadamente al mismo tiempo (mediados y finales de los treinta), los estudios fueron seguidos en Suecia y Finlandia, en el uso de la vegetación para propósitos de prospección, incluyendo los análisis de plantas y el reconocimiento de las plantas como indicadores. La prospección geoquímica iniciada en la URSS (y Escandinavia) estuvo basada en más que los escritos antiguos y medievales mencionados anteriormente. A principios del siglo XX, fuertes escuelas de geoquímica fundamental fueron establecidas sobre las bases de los países pioneros por famosos geoquímicos soviéticos como V.I. Vernadsky, quien realiza el primer trabajo en biogeoquímica, y su estudiante A.E. , quien fue el enminerales. dar énfasis a la importancia de los halos primarios y Fersman secundarios asociados conprimero depósitos Otros notables geoquímicos soviéticos que contribuyeron en varias partes de la geoquímica son I.I. Ginzburg, A.P. Vinogradov y D.P. Malyuga. En noruega y al mismo tiempo, el trabajo clásico de V.M. Goldschmidt sobre la distribución de los elementos obtendría la atención de muchos. Inicialmente, no solo los geoquímicos hacían estimaciones cuantitativas de la abundancia de muchos elementos traza importantes en todos los tipos de rocas, pero Goldschmidt formularía los principios que rigen a los datos observados, los cuales subsecuentemente podrían ser utilizados para propósitos de exploración. Otros estudios fueron hechos por T. Vogt en Noruega sobre la dispersión de los productos conocidos.del intemperismo en suelos, vegetación y agua a partir de los depósitos de sulfuros En Finlandia, K. Rankama estudia el contenido de níquel en la vegetación de algunos depósitos niquelíferos en el área norte de su país. En la mayor parte del mundo occidental la geoquímica de exploración no logra mucha atención hasta después de la Segunda Guerra Mundial. En 1945, Warren y sus colaboradores en la Universidad de British Columbia, emprendieron un programa de investigación en el uso del contenido de los metales en la vegetación para propósitos de exploración. Este primer ensayo en prospección biogeoquímica en Canadá estableció la existencia de anomalías de Cu y Zn sobre depósitos minerales conocidos ( Warren, 1972). Los estudios posteriores incluyen el uso de dithizone (un reactivo químico colorimétrico) para el análisis rápido y sencillo de ciertos metales, que de acuerdo a Boyle y Smith (1968) "probablemente mas que algún otro factor único, este daría impulso para el subsecuente desarrollo de los métodos geoquímicos de prospección en Canadá". Por 1950, las investigaciones de suelos, aguas (y posteriormente sedimentos de arroyo) estuvieron inicialmente excedidas en importancia biogeoquímica.
Boyle y Smith (1968) discutieron otros aspectos históricos del desarrollo del uso de la geoquímica de exploración en Canadá, incluyendo los principales fundamentos y contribuciones prácticas del Geological Survey de Canadá el cual inició a principios de los 50's, y es interesante e importante mencionar que ellos consideraron la introducción, en 1954, de "kits" químicos de campo para el ensayo geoquímico de muestras. El uso de "kits" por personal calificado en el lugar que está siendo analizado es muy ventajoso, ya que se pueden tomar decisiones inmediatamente, sin embargo, su uso por personal inexperto puede y ha resultado en muchos fracasos. En los Estados Unidos la geoquímica de exploración se inició por medio del Geological Survey de ese país aproximadamente por 1947. Los trabajos presentados en los primeros años incluyen a autores como Hawkes, Huff, Ward, Lakin, Lovering, Cannon y Bloom . Los programas consistieron de investigaciones sobre todos los tipos de estudios de muestreo experimental, bajo una variedad de condiciones geológicas y climáticas para determinar los patrones de dispersión característicos de los elementos en rocas, suelos, vegetación y aguas naturales. A principios de los 50's, los programas de exploración geoquímica habían sido conducidos por las grandes compañías mineras. las investigaciones del Geological Survey delos losmétodos Estados colorimétricos, Unidos en las técnicas Inicialmente, analíticas de campo, fueron dirigidas principalmente hacia en contraste con la confiabilidad de los análisis del espectrógrafo de emisión empleado por los soviéticos. Estas investigaciones de las cuales resultaron algunas publicaciones sobre los métodos colorimétricos aplicables a la detección de metales mena, fueron ampliamente aceptados por los buenos resultados obtenidos y aplicables a otras áreas en muchas partes del mundo. Además el Geological Survey de Estados Unidos también establece un énfasis en el espectrógrafo de emisión, tanto en laboratorio como en sus modernos laboratorios móviles de campo. En Inglaterra, el grupo de investigaciones geoquímicas aplicadas, fue establecido en 1954 bajo la dirección del profesor J.S. Webb, quien dirigió muchas investigaciones con sus colegas y estudiantes dentro de los principios básicos y métodos analíticos, siendo su grupo responsable de un gran programa de exploración, particularmente en África y el Lejano Oriente. En Francia, las investigaciones relacionadas con la geoquímica de exploración se iniciaron en 1955, y las aplicaciones prácticas en ese país y parte de África (Colonias Francesas) fueron iniciadas poco tiempo después. Los métodos modernos de prospección geoquímica deben su rápido desarrollo en los últimos cincuenta años, a ciertos factores más que a otros. Boyle y Smith (1968) mencionan una relación de ciertos trabajos, que en conjunto con otros más, consideran los principales contribuidores en el desarrollo de la prospección geoquímica, los cuales se manifiestan a continuación de forma breve:
1. - El reconocimiento de los halos de dispersión primaria y secundaria y su asociación con depósitos minerales. Aunque los halos y sus lineamientos así como su asociación con depósitos de metales, fue conocido por siglos, los trabajos conducidos en la URSS y en Escandinavia en los 30's y principios de los 40's resumen los datos y permiten ser usados de manera más ventajosa. 2. - El desarrollo de métodos analíticos exactos y rápidos usando la espectrografía de emisión en la URSS en los años 30's y el uso de reactivos colorimétricos específicos sensibles
(particularmente dithizona) por el Geological Survey de Estados Unidos a finales de los 40's y principios de los 50's.
3. - El desarrollo del equipo de laboratorio de material plástico (polietileno) el cual reduce los problemas de contaminación de elementos y permite gran confiabilidad en los análisis de campo. La introducción de resinas para la producción de agua libre de metales para usarse en los procedimientos químicos, también fue significante. 4. - El desarrollo de la espectrometría de absorción atómica a finales de los 50's permitió realizar análisis rápidos, precisos, sensibles y relativamente libres de interferencia de muchos elementos de interés en la exploración geoquímica. 5. - El desarrollo del cromatógrafo de gas el cual ha tenido su mayor aplicación en el estudio de los hidrocarburos. Este es un método extremadamente sensible y ha reemplazado a los primeros métodos de fraccionacion y condensación. 6. - El uso de métodos estadísticos y computarizados ha ayudado a la interpretación de datos analíticos de exploración geoquímica. Estos métodos permiten la evaluación rápida de datos de "backgrounds", auxiliándonos en el reconocimiento de anomalías y en sus representaciones gráficas.
LA GEOQUÍMICA EN LOS PROGRAMAS DE EXPLORACIÓN La exploración normalmente involucra una secuencia de pasos, tanto en la etapa de planeación como en la de ejecución. La fig. I.1 resume en forma esquemática la secuencia de decisiones administrativas normalmente seguidas en la planeación y en las primeras etapas operacionales de un programa de exploración minera. La organización de un estudio geoquímico, independientemente de la escala, esta basada en tres unidades funcionales principales: a) a) El trabajo de campo, empleado primeramente en el muestreo. ) a) Laboratorio. a) b) La dirección técnica responsable para la toma de decisiones sobre el personal, decisiones técnicas y de operación, así como la interpretación de resultados. PLANEACIÓN DE LA EXPLORACIÓN
Selección de Áreas. El principal propósito de este paso es seleccionar áreas o regiones que tengan buen potencial mineral y que puedan ser prospectados en su totalidad. La selección inicial de áreas puede estar basada por la revisión de la geología conocida y los registros de la pasada prospección y actividad minera. Esta revisión puede dar lugar a posibles tipos de yacimientos actuales en éstas áreas, basados en el reconocimiento de la mineralización y el ambiente geológico. Además, un reconocimiento minucioso puede conducirnos a la distribución de las rocas y estructuras favorables, la naturaleza de la cobertera y de las condiciones de intemperismo y otras circunstancias que pueden enmascarar las manifestaciones superficiales de la roca mineralizada en el subsuelo. Las fotografías aéreas y las imágenes de satélite pueden proporcionar una fuente invaluable de información sobre rasgos estructurales, extensión de las unidades rocosas y el tipo de cobertera.
Secuencia de Exploración. Un programa de exploración es comúnmente organizado como una secuencia lógica de operaciones. Cada etapa de esta secuencia involucra el estudio de un área por cualquier método de exploración o la combinación de métodos que son más efectivos para el propósito de delimitar pequeñas áreas en donde se aplicarán estudios mas detallados en etapas posteriores. (Fig. I.2) En un programa de exploración completo, la primera etapa puede ser el reconocimiento a gran escala usando geología regional o criterios geoquímicos y geofísicos de factibilidad, para auxiliar la decisión sobre que partes de esa gran área tiene el potencial mineral requerido y cuáles partes deben ser eliminadas como relativamente no favorables. Las regiones favorables constituyen áreas de interés para posteriores estudios de detalle. El proceso de eliminación de áreas no favorables y el estudio detallado de las que sí lo son, es seguido paso a paso mediante los últimos datos proporcionados por el muestreo y la exploración del subsuelo. Este es un proceso de reducción progresiva del tamaño del objetivo, en donde a cada paso el área objetivo va teniendo mayor probabilidad de ser un yacimiento. El último propósito del programa de exploración es la selección de sitios para la barrenación. SELECCIÓN DE LOS MÉTODOS DE EXPLORACIÓN. ¨ Tamaño del Objetivo Los rasgos que caracterizan a un yacimiento son geológicos, físicos o químicos y son diagnósticos en el reconocimiento del ambiente en el que se formó ese yacimiento, y las relaciones entre estos rasgos pueden ser directos o indirectos. Así, algunos rasgos del yacimiento, tales como la roca huésped, estructuras geológicas o provincias geoquímicas, están relacionadas a la génesis y localización del yacimiento, pero todos son necesariamente indicativos de mineralización. ♦
Otros rasgos también son indicativos, ejemplo gossans, afloramientos lixiviados las anomalías geoquímicas secundarias quepor resultan dellos intemperismo y de la dispersión de losy componentes primarios del yacimiento. Cada rasgo geológico, geofísico o geoquímico del yacimiento define en el área objetivo el tamaño y la forma. Algunas áreas son muy grandes, formando objetivos que pueden ser detectados por observaciones ampliamente espaciadas, otras son más restringidas en su extensión y requiere un examen más detallado para su detección. En la figura I.3, se manifiestan las dimensiones de las áreas favorables u objetivo. ¨ Control de Propiedad. La adquisición de los derechos de propiedad, en muchos distritos, es extremadamente compleja y depende de la fase de exploración minera. Cuando esta situación existe, el patrón general de exploración puede ser modificado o estar dominado por las consideraciones de propiedad. ♦
Los métodos de exploración pueden ser aplicados a un terreno sin la adquisición de la propiedad o los derechos de traspaso. Los estudios geofísicos aéreos y los métodos de reconocimiento geológico y geoquímico están sometidos a las leyes mineras locales. ¨ Confiabilidad del Método. La confiabilidad de un método se refiere a la probabilidad de obtener y reconocer indicios de un cuerpo mineral por el empleo de ese método. ♦
La confiabilidad del método no únicamente depende en la localización del objetivo, sino que también se extiende a especificar las anomalías relacionadas al yacimiento y la abundancia de las anomalías no significativas o falsas anomalías, que puedan conducir a una interpretación errónea. ¨ Costos. Los costos de un estudio de exploración son solo uno de los factores críticos que deben ser estimados con algún grado de exactitud. Los costos deben de ser considerados con base a las unidades de área. Un alto costo total y un alto costo de equipamiento, no necesariamente implican un alto costo por unidad de área. ♦
CONCEPTOS BÁSICOS Los cuatro conceptos básicos que debemos de tener en mente durante la exploración geoquímica, tanto en el ambiente geoquímico primario como en el ambiente geoquímico secundario son:
= Contaminación en Geoquímica. Durante la toma de muestras, principalmente en sedimentos de arroyo y agua, es posible que éstas no representen auténticamente valores geoquímicos buscados por efectos de contaminación, los cuales exhiben patrones los geométricos no relacionados con la Geología, y esto es debido a la actividad humana en sus diferentes facetas. Las principales fuentes de contaminación en Geoquímica son: - Por actividad minera. - Por actividad industrial. - Por actividad agrícola. - Por actividades de construcción. - Por actividades domésticas. Los métodos analíticos empleados en la exploración geoquímica son extremadamente sensibles y detectan los elementos generados como desechos por estas distintas actividades.
= Estudios de orientación. Son estudios preliminares que nos permiten orientar la exploración geoquímica en un área determinada, ya que cada área es diferente y se presentan una gran cantidad de variables que provocan la dispersión de los elementos en los ambientes geoquímicos primario y
secundario; y la determinación de estas variables es la base para la aplicación de los métodos geoquímicos. La finalidad de los estudios de orientación es determinar el campo óptimo y los parámetros analíticos e interpretativos por medio de los cuales se pueden distinguir las anomalías del background.
Los principales parámetros que incluye un estudio de orientación son: - Tipo de dispersión geoquímica. - Método de muestreo. - Intervalo de muestreo. - Elemento o elementos a analizar. - Técnica analítica a utilizar. - Identificar la probable contaminación. Los estudios de orientación, pueden indicar, por las características geoquímicas del área, la factibilidad de explotación o la no continuación de la exploración.
= Falsas anomalías (anomalías no significativas). Son concentraciones altas del elemento o de los elementos en estudio, que no necesariamente esta relacionado con un yacimiento mineral de valor económico. Esto es, que un alto contenido de elementos químicos no siempre puede ser usado como una guía para la mena. Estas anomalías falsas generalmente se desarrollan a poca profundidad y en suelos, que pueden ser causadas por efectos de contaminación, por errores analíticos o por el manejo inapropiado de los datos geoquímicos.
= Interpretación de datos geoquímicos. La geoquímica de exploración no localiza directamente los yacimientos, pero es suficiente para indicar las anomalías en concentraciones de elementos guía. La información obtenida de campo y los resultados analíticos de las muestras, inicialmente se clasifican visualmente y después es graficada en mapas, los cuales pueden revelar las anomalías obvias o analizar su correspondencia con falsas anomalías. En la interpretación de datos geoquímicos es fundamental la preparación de mapas y diagramas y el establecimiento de los valores del background, threshold y anomalía. Siendo de gran ayuda para los geoquímicos en la interpretación de datos y en algunas ocasiones, es el medio para el registro permanente y la clasificación de datos en forma concisa.
GEOQUÍMICA APLICADA PRINCIPIOS BÁSICOS Los cuatro tópicos en exploración geoquímica, tanto en el ambiente primario como en el secundario son: contaminación estudios de orientación anomalías falsas interpretación de datos geoquímicos
CONTAMINACIÓN. La contaminación es un riesgo presente alguna vez en la geoquímica de exploración y su presencia posible, particularmente en sedimentos, agua y suelos, debe constantemente tenerse en cuenta durante la toma de muestras, durante el análisis e interpretación de las muestras y resultados obtenidos. En algunos casos esta puede ser detectada inmediatamente, por ejemplo cuando los datos no caen en el patrón geoquímico general. En otros casos la contaminación, que da la apariencia de una anomalía, es reconocida solo después de considerables esfuerzos y gastos que han sido desembolsados. Existen muchas fuentes de contaminación, siendo las más comunes las siguientes: Minera La contaminación debida a la actividad minera es el principal problema en alguna de las áreas en la cual la exploración geoquímica puede ser más útil. La actividad minera actual o anterior en esas áreas comúnmente resulta en contaminación por depósitos de jales o en los trabajos mineros por los fragmentos y el polvo de la mena y de las rocas y por las operaciones de beneficio. Los sulfuros, comúnmente pirita, en los terreros de las minas son especialmente susceptibles de oxidación y producen aguas ácidas las cuales son capaces de lixiviar las pequeñas cantidades de minerales mena no recobradas completamente por los procesos de beneficio. ácidas contienen traza, pueden después su ruta dentro del sistemaLas deaguas drenaje, y seahora puede formar metales una concentración dehacer metales y halos a grandes distancias del cuerpo mineralizado. Esto hace a los nuevos estudios geoquímicos muy difíciles, sino imposibles, en algunas localidades. Posteriormente la dispersión de partículas sólidas puede ocurrir por movimientos mecánicos, por corriente de agua o viento. Las partículas mecánicamente transportadas podrían comúnmente resultar en contaminación únicamente en la superficie y quizá en solo unos pocos centímetros de profundidad. En casos no comunes los contaminantes pueden penetrar hasta algunos pocos metros de profundidad. La vegetación puede absorber estos metales los cuales alcanzan la zona de las raíces y así dan una falsa anomalía biogeoquímica la cual en muchos casos es especialmente difícil de interpretar. En México, donde la minería ha sido una de las principales actividades por aproximadamente 400 años, los efectos de contaminación por actividad minera pueden ser ilustrados por los siguiente ejemplos: de Pilares; ríos en ellosDistrito de Nacozari, Sonoradeestán contaminados en 75 Km. a Los partirsedimentos de la mina estudios de sedimentos arroyo pueden conducir directamente a la mina. Los caminos seguidos por las mulas que cargaban el mineral de las minas trabajadas en Sonora durante la época de la colonia y que han sido abandonados, estos senderos actualmente están definidos por análisis geoquímicos de suelos. El área es árida y el intemperismo químico es un proceso de baja intensidad. El agua analizada por cobre en el área de Pichucalco, Chiapas, conduce directamente a otra mina abandonada (mina Santa Fe) distante aproximadamente 40 Km. Se considera que los sedimentos analizados, puede también presentar contaminación de cobre. Las aguas ácidas que provienen de minas abandonadas en el Distrito de Charcas, S.L.P., resultaron con valores altos de metales a lo largo del drenaje el cual también fue por la presencia de una gran falla, dando la impresión de una gran zona mineralizada en este marco estructural. Estos y muchos ejemplos más podrían ser citados y pueden ser de gran importancia a antropólogos e historiadores interesados en las civilizaciones antiguas, pero este tipo de contaminación presenta grandes dificultades para la exploración geoquímica interesada en el hallazgo de nuevas minas, o bien con la tecnología se permitirá que estas minas sean reabiertas o el área sea reevaluada.
Como se mencionó anteriormente, el rasgo característico de la contaminación en suelos es que solo se presenta superficialmente. También la geometría de una anomalía causada por contaminación puede no corresponder con la evidencia geológica, tal como el tipo de roca y la estructura. Lamentablemente, en muchos casos la contaminación únicamente puede ser reconocida después de que las muestras han sido colectadas y analizadas y una mina antigua, por ejemplo, ha sido “descubierta”. Industrial Anteriormente se pensaba que solo el cobre y el zinc eran los contaminantes industriales de interés en exploración geoquímica. Ahora, sin embargo, muchos más elementos pueden ser anexados a la lista debido al crecimiento de plantas de fundición, refinerías, plantas químicas, plantas productoras de energía a base de carbón e industrias de todo tipo. Los contaminantes son introducidos primeramente por los humos o por agua. Algunos de los ejemplos más notables de la contaminación industrial por mercurio en años recientes, es el derivado del cloruro alcalino de plantas industriales, las cuales han contaminado ciertas partes de los Grandes Lagos. Y el azufre emitido de las plantas de gas natural en el Oeste de Canadá y que sus efectos pueden ser detectados muchos kilómetros viento abajo. Estos contaminantes, otrosoyasedimentos descritos, están generalmente restringidos pocos centímetros a la cimaasídecomo los los suelos de arroyo, exhibiendo patronesa geométricos sin relación con la geología. (Fig. 12) Agrícola El uso de insecticidas en aerosol, fertilizantes y otros materiales para incrementar la productividad de los campos agrícolas han generado efectos en la actividad de la exploración geoquímica en algunas áreas. El uso de mercurio en décadas pasadas es bien conocido y aunque ha sido prohibido su uso, los efectos en lagos, ríos y sedimentos puede ser un contaminante por un largo tiempo, ya que los valores del background podrían haber sido aumentados. Pero otros metales y elementos también han sido y continúan siendo introducidos, tales como soluciones conteniendo cobre así como aerosoles contra las plagas, aditivos de zinc para incrementar el crecimiento de plantas, fertilizantes fosfatados conteniendo flúor y probablemente fertilizantes con rubidiosuy potasio. Todos son solubles bajo las uranio mismasy condiciones y podrían eventualmente encontrar ruta de migración dentro del sistema de drenaje. Por otro lado, ésta es una evidencia de que algunos fertilizantes, particularmente los fosfatados, pueden formar componentes insolubles con elementos tales como el cobre y el zinc, y estas fijaciones de elementos pueden dar resultados en valores reducidos para estos elementos en solución. El uso de cal para propósitos agrícolas puede resultar en contaminación de plomo o zinc, si esta es producida por calizas que contienen estos metales.
Construcción La contaminación por actividades de la construcción incluye una multitud de posibilidades, el transporte de metales de su lugar de srcen a los sitios de construcción de presas, vías férreas, puentes y todo tipo de construcciones, o bien durante el transporte de materiales derivados de minas así como la maquinaria abandonada. Estos efectos son muy marcados en estudios de sedimentos de arroyo y puede ser evitada colectando las muestras aguas arriba de los sitios de construcción. (Fig. 13)
Actividades domésticas y humanas La contaminación doméstica contribuye en gran número de elementos, primeramente en el sistema de drenaje y después en los sedimentos de la red hidrológica. El efecto es esencialmente el de contaminación de todos los tributarios de ríos y lagos. Los contaminantes incluyen los productos de uso doméstico (fosfatos y boro en detergentes de lavandería y productos relacionados), las aguas de drenaje sin tratamiento (cobre y otros elementos como compuestos organometálicos en la basura, metales en la orina etc.) tuberías (usualmente de cobre, plomo, zinc así como de níquel y acero inoxidable), fertilizantes y fungicidas para plagas. Algunos municipios tratan las aguas de drenaje y la basura, reduciendo la contaminación de metales, pero este material tratado es utilizado como relleno de terrenos, y los metales podrían incorporarse al drenaje de la cuenca. Muchos municipios en climas polares usan gran cantidad de sal (cloruros de sodio y calcio) para controlar la nieve y el hielo, estas sales eventualmente entran al sistema de drenaje y puede afectar la movilidad de los elementos. El plomo de las gasolinas y aditivos ha sido determinado actualmente en la vegetación y en suelos en relativamente altas concentraciones (100-1000 ppm) en algunos casos se han detectado a todo lo largo de las grandes carreteras. De los casos antes mencionados es claro que la contaminación puede aparecer por diferentes fuentes y no todas han sido mencionadas. Los métodos analíticos de exploración geoquímica son extremadamente sensibles y permitenCuando la detección de contaminación aún en bajas cantidades. planeamos el uso de métodos geoquímicos en distritos mineros antiguos, en áreas de intensa actividad industrial y agrícola, los estudios preliminares o de orientación puede ser la ruta para determinar el grado de contaminación si existe y cual horizonte del suelo puede ser fácilmente muestreado sin temor de contaminación. En general, la contaminación de muestras de suelos es menos severa que en las muestras de agua y sedimentos de arroyo. ESTUDIOS DE ORIENTACIÓN Se ha mencionado que son muchas las variables que provocan la dispersión de los elementos, tanto en el ambiente primario como en el secundario, por lo tanto la detección de estas variantes es la base de la exploración geoquímica. Como resultado, cada área en la cual se emplea exploración geoquímica probablemente sea diferente de de lasorientación áreas estudiadas estudio anterioridad. Por lo tanto, un estudio preliminar llamado , puede con ser aplicado en cada área a explorar. El objetivo de un estudio de orientación es determinar el campo óptimo y los parámetros analíticos e interpretativos mediante los cuales se pueden distinguir las anomalías del background. ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦
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Los parámetros que incluye un estudio de orientación son: ¨ El tipo de dispersión geoquímica que existe en el área ¨ El mejor método de muestreo ¨ Intervalo óptimo de muestreo ¨ Horizonte de suelo y la profundidad a la cual deben tomarse las muestras ¨ Tamaño a la que la muestra debe ser analizada ¨ Elemento o grupo de elementos que deben ser analizados y la técnica analítica a emplear ¨ Los efectos de topografía, hidrología, drenaje, clima, lluvia, vegetación, materia orgánica y óxidos de fierro y manganeso ¨ El límite superior de los valores del background (threshold) en rocas, suelo y agua ¨ La manera más eficiente de colectar las muestras y su análisis
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¨ Si los métodos geoquímicos son factibles o no ¨ Si existe contaminación en el área
Los estudios de orientación pueden indicar por las características geoquímicas de un área, la factibilidad de ser explotada o de establecer que no es factible continuar con la exploración. Asociado con los estudios de orientación esta el concepto de geoquímica de las formas terrestres “Landscape geochemistry”. Este término ha sido definido como el estudio de los principios y los patrones que gobiernan la circulación de los elementos químicos en, o próximos a la superficie terrestre. (Fig. 14) La importancia de este concepto es que, al igual que los estudios de orientación, atiende a la necesidad de estudiar sistemáticamente la geoquímica de muestreos numerosos en la periferia de un depósito mineral y ordenar completamente la interpretación de los resultados de los métodos de prospección geoquímica. ∗ ∗
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Un programa de exploración geoquímica incluye: * Estudio de orientación * Estudio de reconocimiento de sedimentos de arroyo de manera rápida, bajo costo y que cubra grandes áreas ** * * *
Estudio sedimentosdedearroyo arroyorío ríoarriba arribapara paradefinir delimitar las áreas de interés Estudio preliminar detallado dedesedimentos las anomalías Muestreo de bancos mineralizados, si están presentes Muestreo de suelos para definir con mayor precisión las anomalías Muestreo de rocas para localizar el yacimiento o los halos primarios asociados a él
ANOMALÍAS FALSAS (NO SIGNIFICATIVAS) Bajo condiciones normales, las concentraciones anómalamente altas de un elemento, o asociación de elementos, indican que una mineralización económica puede ocurrir en área en particular. Sin embargo la experiencia ha demostrado que en algunas circunstancias las altas concentraciones de un elemento no necesariamente indican que un yacimiento mineral de valor económico será encontrado. En otras palabras, el alto contenido de un metal no siempre puede ser usado como una guía para la mena. Los altos valores geoquímicos que están relacionados a la mineralización son llamados anomalías significativas y aquellas que no lo están son las anomalías falsas o no significativas. Excluyendo aquellas anomalías causadas por cualquiera de los muchos tipos de contaminación, o las anomalías erróneas que pueden resultar de errores analíticos, existen abundantes ejemplos de anomalías no significativas que son el resultado de procesos naturales. Como ejemplo, se tiene en la Mina Santa Fe en Pichucalco, Chiapas, en donde se tienen valores altos de oro en un estrato de suelo muy somero y que cubre a los depósitos de cobre, y en este depósito el oro se encuentra en cantidades mucho muy pequeñas. La generación de anomalías no significativas tiene un punto en común y es el que estas anomalíasahífalsas se encuentran desarrolladas únicamente a poca profundidad y en suelos, estando probablemente algunos mecanismos para su formación. Tales mecanismos son complejos y están relacionados a condiciones de pH y Eh, efectos del agua subterránea, formación de compuestos organometálicos, tipo de roca y condiciones climáticas en donde tales mecanismos operan de manera individual o de manera combinada.
Algunas anomalías falsas en suelos pueden ser debidas a ciertas especies de plantas que concentran preferencialmente un metal y producen, después de ser sepultados y al paso del tiempo, concentraciones anómalas en el suelo con alto contenido de materia orgánica. (Figs. 15 y 16) INTERPRETACIÓN DE DATOS GEOQUÍMICOS La geoquímica de exploración no localiza directamente a los yacimientos, pero es suficiente para indicar la presencia de anomalías. Tan pronto como los resultados analíticos sean obtenidos, ya sea por determinaciones en campo o realizadas en un laboratorio distante, esta información puede ser clasificada visualmente y después graficada en un mapa. (Figs. 17, 18 y 19) Estos métodos simples podrían revelar cualquier anomalía obvia pero también los datos interpretados como anómalos podrían corresponder a anomalías falsas. Existen tres posibilidades que debemos considerar cuando se ha identificado una anomalía: 1) 1) que esté genéticamente relacionada a un depósito mineral 2) 2) que esté genéticamente relacionada a acumulaciones de minerales de carácter subeconómico, como los yacimientos de gran tonelaje y baja ley 3) 3) que sea debido a la concentración de elementos como resultado de uno o la combinación de factores los cuales no representan una mineralización (anomalías falsas, errores analíticos o errores durante el muestreo, contaminación, etc.) Debemos discutir algunos conceptos fundamentales, los cuales son necesarios para la interpretación de datos geoquímicos. Estos conceptos son: mapas y diagramas, los valores del background, threshold y anomalía. Considerándose como una secuencia normal usada en cualquier interpretación, que es la preparación de mapas y diagramas, la determinación de los valores del background y threshold y el reconocimiento de las anomalías. Además de la preparación de histogramas y las curvas de distribución de frecuencia. Mapas y diagramas Estos métodos son de gran ayuda para los geoquímicos en la interpretación de los datos y en algunas ocasiones, es el medio para el registro permanente y la clasificación de los datos en forma concisa. Los mapas geoquímicos, comúnmente de áreas de interés, están publicadoslos y pueden ser usados como ejemplos de la presentación de datos geoquímicos. Generalmente, resultados obtenidos para cada elemento están graficados separadamente, pero puede ser posible que incluya los resultados para algunos elementos en el mismo plano con símbolos apropiados, siendo en algunas ocasiones muy conveniente. Los datos geoquímicos obtenidos de los estudios de sedimentos de arroyo están graficados en mapas hidrológicos y cada punto muestreado se anota con la concentración del elemento. (Fig. 17) Los datos de estudios de suelos y vegetación además de los alineamientos de dispersión glacial son también graficados en cada punto muestreado, pero el resultado de estos estudios generalmente son manifestados de tal manera que ayudan a la apreciación visual (contornos, sombreado, etc.) (Fig. 17 y 19). Los contornos de igual contenido de metal son llamados isogradas. Hawkes y Webb (1962) establecen que es usual seleccionar el contorno igual al intervalo del valor del threshold siendo este el primer contorno y arriba de éste, los contornos son múltiplos simples del valor de threshold. Después todos los valores del background son extendidos abajo de los valores del threshold. Los mejores contrastes para visualizar los datos son una serie de puntos, cada uno representando un rango de valores. (Figs. 17 y 20)
La experiencia ha demostrado que además de la geología, es conveniente sobreponer la configuración topográfica en el mapa geoquímico, para obtener una mejor interpretación. Otros rasgos de importancia son los patrones de drenaje superficial, áreas de manifestación de aguas subterráneas, la localización de lagos y arroyos. Estos auxilian en la interpretación de anomalías hidromórficas. (Fig. 15) Los datos también pueden ser graficados en perfiles, siendo de gran ayuda para indicar la distribución de los elementos a lo largo de una sección o también cuando el espaciamiento de las muestras es muy amplio como para permitir la configuración. (Figs. 15 y 21) Aunque los perfiles del contenido de metales están generalmente graficados en escalas aritméticas, las escalas logarítmicas y semilogarítmicas son comúnmente empleadas cuando la diferencia es grande entre los valores anómalos y los valores del background. Background El background es definido como el rango normal (no un solo valor) de concentración de un elemento o elementos en un área, excluyendo las muestras mineralizadas. Obviamente, las condiciones anómalas fueron ya reconocidas, siendo necesario el establecer los valores del background contra los cuales estos pueden ser comparados. Los valores del background pueden ser determinados para cada elemento, para cada área y para cada tipo de roca, suelo, sedimento ycada agua. De los datos presentados en la tabla 2-1, puede que los de background elemento podrían variar significativamente entreverse los tipos de valores roca, por esta razón espara de extrema importancia el conocimiento de la geología del área, especialmente de los tipos de roca para la interpretación de datos geoquímicos. Para determinar los valores del background en un área, se requiere de relativamente un gran número de muestras de materiales que son analizadas geoquímicamente. Estos materiales pueden ser de suelos, sedimentos de arroyo, rocas, agua y otros, pero obviamente las muestras mineralizadas deben ser excluidas o consideradas separadamente. Aunque el rango de valores obtenidos por el análisis de un gran número de muestras puede ser grande, los valores de mayor frecuencia tienden a estar concentrados en un rango relativamente pequeño, por lo que este rango restringido de valores o valor modal es generalmente considerado como la abundancia normal o valor particular del background del elemento en el material muestreado (roca, sedimento de arroyo, suelo, agua, etc.) del área en estudio. La para tablarocas, 2-1 puede considerada una los guía de los valores normales del background suelos yseragua y la Fig. 22como presenta rangos de abundancia de algunos elementos traza comúnmente encontrados en suelos. En algunas ocasiones es posible determinar los valores del background de muchos elementos en rocas por el análisis de los suelos residuales o de la cobertera, sin embargo para los suelos en donde está presente la lixiviación, es necesario extrapolar valores de los elementos traza para establecer el background de la roca infrayacente y definitivamente, los estudios de orientación pueden confirmar su validez.
AMBIENTE GEOQUÍMICO PRIMARIO GENERALIDADES La Exploración Geoquímica se basa en el conocimiento de que un depósito mineral normalmente presenta una "envoltura" de mineralización a su alrededor, y que un patrón de
dispersión secundaria de elementos químicos es a menudo srcinado durante los procesos de intemperismo y erosión del depósito. El factor fundamental de la exploración geoquímica, es el intento de reconocer algún tipo de anomalía química, la cual puede ser indicativa de mineralización de valor económico. Los métodos geoquímicos de exploración están basados en gran parte en el estudio sistemático de la dispersión de elementos químicos, en los materiales naturales circundantes o asociados a depósitos minerales. La dispersión es el proceso de distribución o redistribución de elementos, causados por agentes físicos y/o químicos. Los procesos de dispersión están relacionados con el ambiente geoquímico, el que está dividido en:
AMBIENTE GEOQUÍMICO PRIMARIO AMBIENTE GEOQUÍMICO SECUNDARIO
Ambiente geoquímico primario: abarca aquellas áreas que se extienden por debajo de los niveles de circulación de aguas meteóricas, hasta aquellos procesos de srcen profundo como son el magmatismo y el metamorfismo; las condiciones presentes generalmente son: -Temperatura y presión relativamente altas -Escasez de oxigeno -Limitado movimientos de fluidos
Ambiente geoquímico secundario: comprende los procesos superficiales de erosión, formación de suelos, transporte y sedimentación; las condiciones que caracterizan a este ambiente son: -Temperatura y presión bajas -Presencia abundante de oxigeno libre y otros gases, particularmente CO2 -Flujo de fluidos relativamente libre
El movimiento de materiales que sucede entre los ambientes primario y secundario puede ser representado gráficamente en forma de un sistema cerrado simplificado, conocido como el ciclo geoquímico el que se puede definir como la secuencia de estados que ocurren
durante la migración de elementos que tiene lugar a medida que suceden los cambios geológicos. (Fig.II.1) Las rocas formadas en el ambiente primario pueden alcanzar el ambiente secundario, y muchos cambios pueden resultar por la acción de una gran variedad de procesos geológicos de los cuales los más importantes son el intemperismo, la erosión, sedimentación, diagénesis y la acción biológica. Los minerales formados bajo condiciones primarias llegan a ser inestables en el ambiente secundario, por lo que suelen ser erosionados, con el resultado de que los elementos contenidos en ellos puedan ser liberados, transportados y redistribuidos. Es durante los procesos de transporte y redistribución de elementos, que métodos geoquímicos extremadamente sensibles son particularmente aplicables, y pueden ser utilizados para encontrar ya sea la fuente primaria de la que provienen dichos elementos libres, o nuevos depósitos minerales resultantes de la redistribución de estos elementos. El término dispersión se refiere a desviaciones hacia valores más bajos de los elementos contenidos en un depósito, debido a que está siendo destruido química o mecánicamente por erosión (ambiente secundario). El término distribución, como distribución primaria aplicada a la dispersión de elementos en el ambiente primario, es preferido por la mayoría de los investigadores con respecto al termino de dispersión primaria.
Concentración o acumulación es la desviación del valor promedio del terreno (background) hacia valores mayores, lo que en el ambiente primario, idealmente resulta ser un depósito mineral. Migración es el movimiento de los elementos por los procesos de dispersión y acumulación. En la figura II.2 se ilustra mediante un caso hipotético, los conceptos de dispersión, concentración, migración y enriquecimiento de los elementos químicos.
PRINCIPALES BARRERAS GEOQUÍMICAS
Barrera geoquímica. Este término implica un cambio abrupto en las condiciones físico-químicas, en el medio por el cual se desplazan los elementos durante su migración. Estos cambios abruptos causan la precipitación de ciertos elementos en solución, lo que en condiciones ideales puede resultar en la formación de un nuevo depósito mineral, o en el enriquecimiento de un deposito mineral ya formado (ambiente secundario). Las barreras geoquímicas importantes y de interés en exploración geoquímica son: temperatura, presión (descompresión), pH (acidez-alcalinidad), Eh (oxidación-reducción), presencia de sulfatos y/o carbonatos, adsorción, evaporación y elementos mecánicos (cambios en la velocidad de flujos de agua).
Temperatura.- Esta es muy importante para la migración en los procesos endógenos. La importancia de ésta barrera en los procesos exógenos es insignificante. Descompresión .- En los procesos endógenos un decrecimiento abrupto en la presión dentro del sistema, juega un gran papel en los procesos de formación de minerales. Este es menos significativo en los procesos exógenos.
Acidez – Alcalinidad.- Los cambios en el régimen de acidez y alcalinidad de una solución durante los procesos endógenos es algunas veces un factor decisivo en la separación de muchos componentes en la fase sólida y en la concentración de sustancias de mena. Esto es de menos significado en los procesos exógenos; sin embargo, las barreras alcalinas son las responsables para la precipitación de fierro, níquel y otros metales en solución cuando la solución entra en contacto con las calizas en el límite con el horizonte de suelos ácidos y en niveles profundos ricos en materiales calcáreos. Oxidación – Reducción.- Tanto en los procesos endógenos como exógenos, un repentino cambio en los ambientes de oxidación – reducción en las rutas de migración tiene un efecto decisivo en la precipitación de algunos metales: a) a) Oxidación. Tiene lugar como aguas juveniles o continentales, con bajo contenido de oxígeno, viene en contacto con aguas superficiales ricas en oxígeno. Es muy importante en la precipitación de los óxidos de fierro y manganeso en las aguas superficiales. b) b) Reducción por ácido sulfhídrico. Causa la precipitación de la gran mayoría de metales en forma de sulfuros. c) Reducción gley. Causa la precipitación de algunos aniones de metales, tales como uranio, vanadio y molibdeno.
El término gley se aplica a un suelo moteado a causa de la parcial oxidación y reducción de sus constituyentes en compuestos de fierro férrico, debido a las condiciones intermitentes de saturación de agua.
Sulfatos y Carbonatos.- Ocurre en la interacción inicial de las aguas con sulfatos y carbonatos con otro tipo de aguas ricas en calcio. ADSORCIÓN.- Se considera una barrera geoquímica típicamente exógena. Esta es de gran importancia en la precipitación de elementos traza de aguas superficiales continentales. EVAPORACIÓN.- Ocurre en regiones de rápida evaporación de aguas continentales. Esta es acompañada por salinización, la formación de yeso, etc.
MECÁNICA.- Resulta de cambios en la velocidad del flujo de agua (o movimiento por aire) y es responsable de la precipitación de metales pesados. Esta tiene una gran importancia en la formación de depósitos de placer. En la tabla II.1 se presenta un resumen de las principales barreras geoquímicas y sus características.
DISTRIBUCIÓN DE ELEMENTOS EN LAS ROCAS ÍGNEAS Y MINERALES. Las rocas ígneas en general son formadas por el enfriamiento y solidificación de material fundido (magma) bajo condiciones muy especiales de temperatura, presión y composición química en un ambiente geológico dado. Por otro lado, los magmas en general deben su srcen y diversificación a diferentes mecanismos, que pueden ser primarios debido a la fusión parcial o total de rocas y materiales de diferente composición, o secundarios ya que el magma srcinal sufre procesos de diferenciación y cristalización fraccionada, así como contaminación o mezcla con otro magma de composición diferente, para dar srcen al magma en cuestión.
De los procesos mencionados, uno de los más importantes para el srcen y la diversificación de las rocas ígneas, es el de cristalización fraccionada, que involucra la separación de fases sólidas en el magma (series de reacción de Bowen, fig. II.3). Este proceso comienza con un magma srcinal de composición basáltica, en el cual, a medida que se enfría, los minerales que cristalizan temprano se depositan y forman cúmulos de rocas. Por lo tanto, la
mezcla magmática remanente cambia su composición, ya que ha perdido aquellos elementos que han sido incorporados a los minerales de formación temprana. Por este proceso eventualmente el magma puede pasar a través de una cristalización en series, tales como gabro-diorita-granodiorita-granito-pegmatita, y en cada punto de las series cristalizan rocas con una mineralogía y composición química distintiva. Acompañando a la separación y cristalización de minerales, suceden importantes cambios en la abundancia de elementos mayores (> 1%) y menores (0.1 - 1%) en el magma. En la secuencia de cristalización, existe un gradual decremento global en el contenido de elementos como Fe, Mg, Ca y Ti, con un correspondiente enriquecimiento en Si, Al, Na y K en el líquido residual. Los minerales que cristalizan temprano generalmente son pobres en sílice, conteniendo poco o nada de óxido de potasio, y presentan una alta relación Mg/FeO. De tal manera, el liquido residual estará enriquecido en sílice, agua y otros volátiles, así como ciertos elementos traza (< 0.1%), tales como rubidio y cesio, los que no son incorporados en los minerales formados tempranamente en cantidades significativas. En el ambiente geoquímico primario existen ocho elementos mayores: Oxígeno
Silicio Aluminio Fierro Calcio Sodio Potasio Magnesio Estos elementos se encuentran presentes en la corteza terrestre en cantidades superiores al 1%, y comprenden casi el 99% de la Corteza Terrestre. Por otro lado, el titanio, hidrogeno, fósforo y manganeso se consideran elementos menores, los cuales se presentan en cantidades entre 0.1 y 1%. Todos los elementos restantes, que juntos constituyen menos del 0.5% de la Corteza Terrestre, se presentan en cantidades menores a 0.1%, a los cuales en geoquímica son llamados elementos traza e incluyen a casi todos los elementos importantes que forman a los minerales de mena y a los elementos de interés en exploración geoquímica.
DISTRIBUCIÓN DE ELEMENTOS TRAZA En la tabla II.2 se presenta el rango de abundancia promedio de 63 elementos traza y 2 elementos menores (Ti y Mn) de interés en exploración geoquímica, tanto en la Corteza Terrestre como en varios importantes tipos de roca, suelo y agua de ríos. En los elementos listados en esta tabla se puede ver que el elemento con mayor valor en la corteza es el titanio (5700 p.p.m., 0.57%). También se puede notar que muchos elementos de importancia para el hombre y necesarios en la industria, y que sus nombres nos resultan familiares, son extremadamente raros, mientras que otros elementos los cuales no nos son nada familiares, son en forma inesperada relativamente abundantes. Por ejemplo el Hg, Mo, Sb, Bi y Au son más raros que el cerio (Ce), disprosio (Dy), hafnio (Hf), escandio (Sc) y galio (Ga). La razón por la que estos elementos nos sean familiares o no, es que los elementos mencionados como más raros, se encuentran en la composición química de todos los minerales fácilmente reconocibles y bajo condiciones favorables estos elementos raros son concentrados en forma de vetas y otros tipos de depósitos que pueden ser minados. Los otros elementos aunque más abundantes, raramente forman minerales individuales, encontrándose "dispersos" en las estructuras cristalinas de otros minerales, esto es, sustituyendo a ciertos elementos, por ejemplo el galio sustituye al aluminio, el hafnio al circón, el rubidio al potasio, el renio al molibdeno. En el caso del escandio, este se encuentra principalmente sustituyendo al Mg o Fe +3 en las estructuras de algunos cristales, aunque raramente se llegan a formar pequeñas cantidades de mineral de escandio particularmente en pegmatitas, como es el mineral thortveitita (Sc 2Si2O7).
Las tierras raras, tales como el cerio y el disprosio, se encuentran igualmente sustituyendo al calcio en las estructuras de muchos minerales como se manifiesta en la tabla II.3, en donde se establece también la estabilidad relativa de los minerales que se ejemplifican. Estos elementos que cristalizan durante la secuencia magmática, llegan también a formar sus propios minerales, como la monacita, xenotima, allanita, los que en ocasiones son encontrados en cantidades lo suficientemente grandes como para ser considerados depósitos de tierras raras (carbonatitas y arenas de playa).
Así también, en la tabla II.3 se manifiestan algunos minerales ígneos comunes, además del contenido aproximado de un buen numero de elementos menores y traza que puede estar presente en ellos. Los elementos traza contenidos en estos minerales formadores de rocas, son el srcen de los valores de background encontrados en suelos residuales formados a partir de rocas ígneas o metamórficas, así como el background de las rocas mismas. En esta tabla, es importante señalar que ciertos elementos, aunque llegan a entrar en las estructuras cristalinas de los silicatos formadores de rocas durante la cristalización del magma (Li, Be, Nb, Ta, Sn, U, Th, W, Zr y tierras raras), estos tienden mas bien a ser concentrados en los fluidos residuales ricos en agua y otros componentes (Hf, HCl y CO 2). Estos elementos, aunque son encontrados en pequeñas cantidades en los minerales formadores de rocas, son característicos en las pegmatitas. En las rocas ígneas, la distribución de elementos mayores está controlada por la estabilidad de minerales individuales, la que a su vez está gobernada por condiciones de temperatura y presión, y por la disponibilidad de elementos en el magma residual. Del mismo modo en que el contenido de elementos mayores y menores se concentran en un magma a medida que se lleva a cabo la cristalización, lo mismo sucede con el contenido de elementos traza. Se mencionó que ciertos elementos traza son capaces de penetrar en las estructuras de minerales formadores de rocas. Si esto ocurre, esos elementos son entonces removidos del magma, y de esta forma se elimina la posibilidad de que sean concentrados en depósitos minerales en el ambiente primario. Otros elementos traza, tales como aquellos que ocurren comúnmente en pegmatitas y en ciertos depósitos hidrotermales, aunque son encontrados en pequeñas cantidades en minerales formadores de rocas, comúnmente permanecen móviles hasta que alcanzan un medio en el cual son capaces de cristalizar como minerales estables, ocasionalmente en cantidades económicamente significativas.
DISPERSIÓN Y HALOS PRIMARIOS
Muchos depósitos minerales de srcen ígneo o hidrotermal se caracterizan por la presencia de una zona central, tal como una veta, en la cual, los minerales o elementos de valor pueden estar concentrados en porcentajes económicos. El grado de concentración de los elementos de valor presentes en dicha zona central del depósito puede ser de tres tipos: -- En un rango alto. Como en el caso de depósitos de barita, fluorita o manganeso. -- En un rango de bajo porcentaje. Como en el caso de depósitos de plomo y zinc. -- En un rango de partes por millón (p.p.m.). Como en el caso de oro y platino. Alrededor de dicha zona central del depósito, en la mayoría de los casos existe una disminución progresiva en el contenido de elementos de valor en la roca que la encajona, hasta que el contenido de dicho elemento alcanza el del valor normal de la roca encajonante, y es clasificada como background del terreno. El área que rodea a la zona central del deposito, en la cual el contenido de elementos de interés disminuye hacia los valores de background del terreno es llamada halo o aureola
primaria.
Los halos primarios representan los patrones de distribución de los elementos que fueron depositados como resultado de una dispersión primaria, estos es, la distribución o redistribución de dichos elementos tuvo lugar en el ambiente primario, lo que implica:
Que la dispersión de elementos fue srcinada por procesos del interior de la tierra. Que el halo fue formado al mismo tiempo, o casi al mismo tiempo, que la zona central del yacimiento. El halo puede variar considerablemente en tamaño y forma con respecto a la morfología y tamaño del cuerpo mineral emplazado. Algunos halos primarios pueden ser detectados a distancia de cientos de metros, mientras que otros no tienen mas que algunos centímetros de ancho. Los halos primarios pueden asumir una variedad infinita de formas debido a lo variable del movimiento de los fluidos en las rocas.
Algunos de los factores principales que determinan el tamaño y la forma de un halo primario son: -Condiciones de movilidad de los elementos en solución -Volatilidad de los elementos -Tendencia a formar minerales extraños -Factores físicos tal como viscosidad y presión del magma -Tendencia de los fluidos a reaccionar con la roca huésped (como calizas). -Microfracturas en las rocas Muchos halos primarios, especialmente aquellos en donde los elementos han sido introducidos en rocas masivas no fracturadas, muestran en forma característica una disminución logarítmica desde la zona mineralizada hacia la zona de background.
TIPOS DE HALOS PRIMARIOS Los halos primarios han sido clasificados considerando el tiempo de emplazamiento y la geometría desarrollada por el halo. Con respecto al tiempo de emplazamiento se reconocen dos tipos:
Halos primarios singenéticos.- formados esencialmente en forma contemporánea con la roca encajonante, por ejemplo, halos asociados a pegmatitas o segregaciones ultramáficas.
Halos primarios epigenéticos .- formados después que la roca ha cristalizado y resultan por la introducción de soluciones mineralizadas a lo largo de fracturas, fallas y superficies de debilidad en donde son emplazadas esas soluciones. En la figura II.4, se esquematiza de manera representativa un halo primario de un cuerpo mineralizado, que bien podría corresponder a una veta. Con respecto a las características geométricas desarrolladas, los halos primarios son clasificados según Hawkes 1975, en:
Modelos regionales.- resultado de una amplia impregnación (hasta varios kilómetros) de una gran masa rocosa, por soluciones hidrotermales u otros fluidos que emanaron de zonas profundas.
Modelos de filtración. (leakage patterns). - presentan sistemas de conductos de soluciones bien definidas que corresponden a rasgos estructurales por donde se han movilizado las soluciones.
Modelos de roca encajonante (wallrock patterns). - en estos, la roca adyacente a los conductos por las que circularon las soluciones, ha sido modificada por actividad hidrotermal (alteraciones hidrotermales).
El modelo de filtración generalmente implica que la migración del o los elementos sean a lo largo de conductos conformados por fallas, fracturas, microfracturas y otros “caminos” conductores del cuerpo mineral y el halo de filtración es desarrollado en las rocas sobreyacentes durante o poco tiempo después del emplazamiento del depósito (Fig. II.5). Los halos de filtración varían ampliamente en tamaño y forma. Comúnmente son angostos, sobre estructuras verticales, pero pueden ser anchos, ovales o circulares sobre troncos fuertemente fracturados. Estos halos han sido identificados en fallas y sistemas de fracturas a más de 150 metros de los depósitos minerales y pueden ser detectados en la mayoría de los diferentes métodos de muestreo geoquímico, particularmente en las muestras de suelos, rocas y agua. Estos halos son especialmente importantes porque su presencia en rocas de la superficie del terreno, ofrece muchas expectativas en la búsqueda de algunos tipos de menas en depósitos ocultos. Dentro de los halos de filtración, existe un tipo que ofrece aun más esperanzas para el descubrimiento de depósitos ocultos, y son los halos de filtración gaseosos, ya que ciertos elementos, como el mercurio, emanan de las soluciones hidrotermales y se mueven a través de espacios porosos en rocas y en suelos en forma de gases, migrando mas lejos que otros elementos como resultado de su extrema movilidad y volatilidad. Gases radiogénicos como el radón o el helio, que son producidos por la descomposición de uranio y torio, forman halos de filtración gaseosos que pueden ser considerados epigenéticos
o secundarios. La tabla II.4 muestra algunos gases que pueden ser utilizados como indicadores o guía, en la exploración de ciertos depósitos minerales. El reconocimiento e interpretación de halos primarios es uno de los principales objetivos de los estudios geoquímicos de roca. Una vez que un halo primario es localizado, usualmente no existe ninguna dificultad para encontrar la acumulación de elementos o mineral que causo este halo, a causa de lo limitado de la existencia de estos halos (generalmente menos de 150 metros desde el depósito).
PATHFINDERS O ELEMENTOS GUÍA Al hablar sobre halos primarios, se subrayó que muchos elementos son encontrados en las soluciones hidrotermales, siendo algunos de estos elementos más móviles que otros, ya sea por causa de las condiciones fisicoquímicas de las soluciones en que se encuentran, o por su propio estado físico (por ejemplo el gaseoso), siendo esta movilidad de los elementos lo que permite el desarrollo de extensos halos primarios. El elemento que constituye la parte mas alejada del halo que envuelve al cuerpo mineral, generalmente no es el mismo elemento que comprende el mineral principal del deposito, sin embargo es uno que esta estrechamente relacionado con éste. Fig. II.4 El hecho de que uno o más elementos (o minerales) puedan estar estrechamente asociados, y puedan constituir un halo, ayuda en el descubrimiento de depósitos minerales “después de buscados”, lo que lleva al concepto de elemento guía, elemento indicador o pathfinder (Warren y Delarault, 1953, 1956). Un pathfinder se define como aquel elemento (o gas) relativamente móvil que está en asociación estrecha con el elemento que está siendo buscado, pero que puede ser encontrado más fácilmente debido a que forma un amplio halo, o porque puede ser detectado más fácilmente por métodos analíticos. Existen dos razones básicas para elegir el uso de los pathfinder en una exploración geoquímica:
1 ) son más móviles que el elemento buscado, de tal manera que forman un halo más extenso y amplio, por ejemplo el uso de mercurio o arsénico como pathfinder para oro. 2 ) los métodos analíticos utilizados para los pathfinder son más simples, menos caros y más sensibles que los métodos utilizados para analizar el elemento del cuerpo mineral. Un buen
ejemplo es el uso de los elementos fácilmente analizables como el cobre, níquel o cromio como pathfinder para el platino.
La selección de un pathfinder requiere que el elemento o elementos usados ocurran en el ambiente primario en estrecha asociación con el elemento que está siendo buscado, o que sea derivado de él por descomposición radioactiva, tal como el uso del radón como pathfinder para el uranio. Es también esencial que exista una relación directa e interpretable entre la distribución geoquímica del pathfinder y la mineralización. En algunos casos, el elemento pathfinder puede estar en la ganga de un depósito, en otros casos puede haber penetrado en la estructura de la mena mineral (sustituyendo a ciertos elementos). En el caso de menas polimetálicas, incluso alguno de los elementos mena puede ser el pathfinder para el yacimiento. Los pathfinders son particularmente útiles en la búsqueda de depósitos minerales ocultos, porque generalmente forman grandes halos. Los pathfinders son usados en los ambientes primario y secundario. Los pathfinders representativos son listados en la tabla II.5, incluyendo algunos elementos poco usados, por ejemplo, el uso de oro como pathfinder para la búsqueda de pórfidos cupríferos (Learned y Boissen, 1973).
PROVINCIAS GEOQUÍMICAS Son áreas relativamente grandes y bien definidas de la Corteza Terrestre, que presentan una composición química distintiva. Su tamaño puede ser de decenas, de cientos, e incluso de miles de kilómetros (Bradshaw et al, 1972), siendo las Provincias Geoquímicas los ejemplos más grandes de halos primarios que existen. Las áreas que comprenden las Provincias Geoquímicas generalmente están compuestas de sucesiones de diferentes tipos de roca, pero todas las rocas, o la mayoría de ellas, aveces de diferente edades, presentan características geoquímicas similares de disminución o enriquecimiento de algún (o varios) elemento (s).
Dentro de una Provincia Geoquímica puede haber considerables diferencias en la distribución de elementos individuales, o asociaciones de elementos, para rocas del mismo tipo pero de diferentes edades. Así mismo, el contenido de elementos traza en tipos de roca similares, difieren de provincia en provincia.
Entre los ejemplos mas conocidos de provincias geoquímicas, están las zonas productoras de cobre en Chile y Perú; el cinturón de cobre porfídico que se extiende por el oeste de México y Estados Unidos, a través de Columbia Británica, hasta el Yukon; la zona de carbonatitas (con tierras raras, estroncio, etc.) del este de África; el cinturón de níquel de Australia; etc. Otra forma de hablar de Provincias Geoquímicas es incluir la asociación del tipo de roca, la mineralización especifica y el área geográfica. Por ejemplo, unas rocas graníticas que tienen mayor contenido de cobre y molibdeno del normal (cobre porfídico en granitos alterados del SW de Estados Unidos), mientras que otras rocas similares tienen mayor contenido de estaño (granitos ricos en estaño de Bolivia); las rocas máficas pueden ocurrir en grupos o racimos con alto contenido de níquel--platino--cromio, como en Sudáfrica, y esas, del mismo modo, constituyen una provincia geoquímica. Las Provincias Geoquímicas pueden también basarse en la composición de las rocas sedimentarias, como en el caso de las rocas carbonatadas del Valle del Mississipi, con mayor contenido de Pb - Zn del normal, o las lutitas enriquecidas con cobre de Alemania y Zambia. Las Provincias Geoquímicas son útiles en la exploración, porque delimitan amplias áreas (de dispersiones primarias) en las cuales existen ocurrencias probadas de un metal, por consiguiente, representan lugares ideales para comenzar programas de exploración. La ocurrencia anormal de cualquier elemento, sugiere que es probable la mineralización general dentro de la provincia. Algunos ejemplos de esto son el descubrimiento de al menos cuatro yacimientos mayores de cobre porfídico dentro de un área, relativamente pequeña en el sur de Columbia Británica (U.S.A.) en la década de los 60's, y el gran número de descubrimientos de níquel en el "Cinturón de níquel", cerca de Kalgoorlie, al suroeste de Australia.
Beus y Grigorian (1977) definen a las Provincias Geoquímicas, como unidades de corteza a gran escala, caracterizadas por rasgos comunes en su evolución geológica y geoquímica, expresados en la composición geoquímica de sus constituyentes geológicos o
formaciones, así como en las concentraciones metalíferas y no metalíferas, endógenas y exógenas, de sus elementos químicos. El termino Provincia Metalogenética es usualmente utilizado para nombrar a las Provincias Geoquímicas, pero es utilizado para caracterizar exclusivamente una abundancia inusual de un elemento metálico en particular o una asociación de ellos en una área determinada, por lo que Boyle (1967) y otros autores lo consideran incorrecto, ya que argumentan que una provincia no únicamente está indicada por la presencia de un elemento mena, sino por las variaciones características en algunos otros elementos, los que necesariamente deben de ser mena. Con todo eso, el término Provincia Metalogenética es más común en la literatura geológica que el término Provincia Geoquímica, y se puede definir sencillamente como áreas y regiones que contienen importantes depósitos minerales con suficientes características en común como para sugerir que los depósitos están generalmente relacionados.
LAS PROVINCIAS METALOGENÉTICAS DE MÉXICO (DAMON ET AL, 1981) Damon y Clark (1981) sugieren que las Provincias Metalogenéticas de México (fig. II.6) forman cinturones de gran extensión, con orientaciones norte-noroeste, paralelas a la costa del Océano Pacifico, srcinadas por el magmatismo ocurrido durante el Cretácico--Terciario, relacionado al margen convergente que existió en esta porción del continente, en el norte de México se observa la siguiente sucesión de provincias, comenzando con el borde occidental de Sinaloa, y en dirección noreste:
1) Pórfidos y yacimientos metasomáticos de Cu (W, Mo) 2) Vetas de Au - Ag. 3) Vetas y brechas de Sn 4) Vetas de Hg-Sb 5) Vetas y Chimeneas (breccia pipes) de Pb – Zn - Ag 6) Vetas de Mn 7) Mantos de Pb – Zn - Ag 8) Depósitos de U (derivados de ignimbritas por alteración hidrotermal) 9) Depósitos estratiformes de Cu-Ba 10) Depósitos vulcanogénicos y metasomáticos de Fe 11) Mantos y Vetas de CaF2 12) Ocurrencia de Mo tipo Climax (continuación en México del cinturón de molibdeno del SW de Estados Unidos) Además se puede observar la presencia de una provincia costera de cobre - fierro en Baja California y una de fierro en el borde del sur de México.
CLASIFICACION GEOQUÍMICA DE GOLDSCHMIDT En el capitulo sobre la distribución de elementos en las rocas ígneas y minerales, específicamente en la sección sobre la distribución de elementos traza, se comentó que ciertos elementos, aun cuando su abundancia en la corteza terrestre es muy baja, forman cantidades de minerales que pueden llegar a ser explotados, mientras que otros elementos que son más abundantes en la corteza, nunca o raramente, forman sus propios minerales. V.M. Goldschmidt dedicó su carrera en geoquímica al estudio de la distribución de los elementos en la Tierra, así como al intento de formular una serie de leyes mediante las cuales la distribución de los elementos en la Tierra pudiera ser explicada. El planteamiento que hizo Goldschmidt sobre el problema de la distribución de elementos, se basó en la idea de que la distribución primaria o inicial de los elementos en nuestro planeta, probablemente tuvo lugar durante o poco tiempo después del tiempo de formación de la Tierra Primitiva.
En su historia mas temprana, la Tierra estuvo fundida y basándose en la composición de meteoritos, que pueden ser divididos en tres grupos mayores, de hierro--níquel, de troilita (FeS) y de silicatos, Goldschmidt dedujo que el enfriamiento del planeta tuvo lugar en tres fases separadas: una fase de metales una fase de sulfuros y una fase de silicatos. Los resultados de sus estudios mostraron que la distribución de elementos en los meteoritos, en productos de fundición, en rocas naturales, en depósitos de sulfuros y en el tan raro fierro nativo terrestre, concordaban todos razonablemente bien, y concluyó que los elementos pueden ser clasificados en función de su afinidad geoquímica: 1) Siderófilos: con afinidad por el fierro; concentrados en el núcleo de la tierra. 2) Calcófilos: con afinidad al azufre; concentrados en sulfuros. 3) Litófilos: con afinidad por los silicatos; concentrados en la Corteza Terrestre.
4) Atmófilos: como gases en la atmósfera. La tabla II.6 ilustra esquemáticamente el agrupamiento de los elementos de Goldschmidt. Cabe hacer notar que algunos elementos tienen características comunes de dos grupos. Por ejemplo, el oro es principalmente siderófilo, pero a menudo ocurre con sulfuros (calcófilo). El cromio es fuertemente litófilo en la corteza terrestre, pero si se tiene deficiencia de oxigeno, como en algunos meteoritos, es calcófilo y puede formar un sulfuro de Fe - Cr (daubreelita, FeCrS4). El agrupamiento de la tabla II.6 es una indicador cualitativo aproximado de las asociaciones naturales, y ofrece explicaciones parciales para ciertos fenómenos, tales como la escasez de metales del grupo del platino y el oro en la corteza terrestre, ya que su afinidad geoquímica indica que esos elementos son siderófilos, y por lo tanto, están concentrados en el núcleo de la Tierra.
El carácter geoquímico de un elemento y su posición en la tabla periódica, puede ser correlacionado con el tipo de enlace químico que este elemento prefiere. Los enlaces iónico, metálico y covalente están relacionados en forma general a los grupos litófilo, siderófilo y calcófilo respectivamente. Los elementos litófilos ionizan fácilmente y tienden a formar o a estar asociados con silicatos, en los que se encuentra el enlace iónico (transferencia de electrones como en cloruro
de sodio), los elementos calcófilos forman enlaces covalentes (participación de electrones como en el caso de la esfalerita) con sulfuros, o con selenio o con telurio, si están presentes; los elementos siderófilos normalmente prefieren el enlace metálico característico de los metales y no tienden a formar compuestos con el azufre o el oxigeno, lo que explica porque el oro y el platino comúnmente ocurren como minerales nativos. Un quinto tipo de afinidad geoquímica reconocido por Goldschmidt es el de los elementos biófilos, en el que se incluyen aquellos elementos comúnmente concentrados en organismos, principalmente C, H, O, N, P, S, y Cl, así como ciertos elementos traza como el vanadio, manganeso, cobre, fierro y boro.
Otros geoquímicos han propuesto diferentes clasificaciones geoquímicas, aunque usualmente basados en el trabajo de Goldschmidt. La tabla II.7 presenta una clasificación de
Beus y Grigorian, basada en elementos afines únicamente a la litosfera, que es la parte de la Tierra de mayor interés para la exploración geoquímica. De esta forma, si el fierro y sus elementos asociados forman un grupo especifico basado en su abundancia en el núcleo de la Tierra (elementos siderófilos) y si tan solo consideramos a la litosfera, el fierro y ciertos elementos asociados (V, Cr, Co, Ni, pero no Au y el grupo del Pt) pueden ser clasificados como un subgrupo de los elementos oxífilos, en esta clasificación también se utilizan dos categorías adicionales: Elementos nobles e hidrófilos.
ASOCIACIONES GEOQUÍMICAS En los temas sobre las series de reacción de Bowen, los halos primarios y pathfinders, se mencionó que ciertos elementos están comúnmente asociados entre ellos. Una de las aplicaciones mas prácticas de este conocimiento ha sido el uso de pathfinders o elementos guía en la exploración geoquímica. Sin embargo, existen algunas asociaciones en las cuales ninguno de los elementos es aparentemente apropiado para su uso como pathfinders, comúnmente por causa de su carencia de movilidad en los ambientes primario y secundario. Pero esas asociaciones tienen un importante significado, ya que la presencia de un elemento en cierto lugar, puede generalmente sugerir, o incluso requerir, la presencia de otros elementos.
Por ejemplo, en las pegmatitas que contengan los minerales fácilmente reconocibles de Li, Be, Ta y Sn, tal como la espodumena, la lepidolita, el berilo, la tantalita y la casiterita, la ocurrencia de pollucita (silicato de cesio) es una posibilidad distintiva. En suma, el hafnio siempre se encuentra dentro de minerales de circonio, las tierras raras La – Ce –Pr - Nd y usualmente Sm, están siempre asociadas, y los depósitos de Cu porfídico generalmente contienen algo de Mo y Au.
En la tabla II.8 se manifiestan algunas asociaciones geoquímicas de los elementos más importantes y que son probables de detectarse en la Exploración Geoquímica. En algunos casos la asociación es la misma que aquella de la lista de pathfinders (tabla II.5), debido a que un pathfinder también puede ser un elemento asociado. Las asociaciones presentadas en la tabla II.8 incluyen tanto al ambiente geoquímico primario como al ambiente geoquímico secundario. Algunas asociaciones, tal como Pb – Zn Cu, pueden ser encontradas en ambos ambientes, pero otras son restringidas a uno de los dos ambientes geoquímicos. Esto es a causa de la diferencia de movilidad que presentan los elementos bajo condiciones ambientales extremadamente diferentes. Por ejemplo, algunos elementos como el Li, Be, Rb, Cs, Nb y Ta permanecen asociados durante todo el proceso ígneo, siendo concentrados en la fase pegmatítica, pero son desasociados durante el ciclo de erosión y sedimentación.
ASOCIACIONES DE MINERALES DE IMPORTANCIA ECONÓMICA La esfalerita y la galena están comúnmente asociadas y a la vez es muy posible que vengan acompañados por pirita, además de que existen grandes posibilidades de que se presente algo de calcopirita también. La asociación antes mencionada es tan frecuente, que en mapas franceses es abreviada como B – P – G - C (blenda – Pirita – Galena -Calcopirita). La fluorita y la blenda son minerales asociados comunes y de hecho son tan a menudo encontrados en vetas de B – P – G C que podemos usar la ocurrencia de fluorita y/o blenda como un indicio en la localización de pirita, galena y calcopirita.
Otra asociación de minerales de importancia económica es wulframita – topacio – turmalina – casiterita, pudiéndose usar a la wulframita, o tal vez al topacio o turmalina como una guía para prospectar a la casiterita.
De igual manera, la ocurrencia de molibdenita observada en los yacimientos de alguna mina o analizado a partir de un mapa, puede ser una guía para depósitos de cobre porfídico. Como ejemplo de asociaciones de minerales económicas, podemos mencionar que en la mina Walton, Nueva Escocia, un rico cuerpo de plomo - zinc - cobre - plata fue encontrado a una profundidad de 75 metros mientras se minaba un cuerpo de barita. Las asociaciones minerales se utilizan de la misma forma que los elementos indicadores o pathfinders en Exploración Geoquímica, pero con algunas limitaciones. Los depósitos minerales presentan asociaciones individuales con la litología y en general con el ambiente geológico en donde se desarrollan. De esta manera, cuando una "asociación" es mencionada sin la palabra "general" en la misma oración, y la palabra "excepto" en el mismo párrafo, esto puede causarnos errores. La tabla de asociaciones de minerales económicos debe de ser tomada con un "general" firmemente en la mente y con un amplio sitio para "excepto". Además, existe la condición de que los minerales comúnmente ocurren en un arreglo zonal mas bien que todos juntos, de tal forma que la asociación depende también de la parte del deposito mineral en el que nos encontremos, y otros minerales y otras zonas deberán ser esperadas a mayor profundidad.
AMBIENTE GEOQUÍMICO SECUNDARIO
INTRODUCCIÓN Las rocas y minerales que son estables en el ambiente geoquímico primario, cuando alcanzan el ambiente geoquímico secundario son frecuentemente inestables, de tal manera que por la acción de diferentes procesos, principalmente el intemperismo, los elementos contenidos en ellos pueden ser liberados, transportados y redistribuidos en suelos, aguas y en la atmósfera
(volátiles), obteniéndose la formación de grandes halos de dispersión secundaria. Además bajo condiciones favorables en el ambiente secundario se pueden llegar a generar nuevos yacimientos de minerales o el enriquecimiento de yacimientos preexistentes. Se reconocen dos tipos de intemperismo:
Intemperismo físico Intemperismo químico
El intemperismo físico incluye aquellos procesos de disgregación de las rocas, los que no implican reacciones químicas ni cambios mineralógicos pero sí reduce el tamaño de las partículas y genera una mayor superficie específica para el ataque químico. El intemperismo químico involucra la descomposición de rocas y minerales y la dispersión de los elementos liberados es generalmente por agua, algunas veces a distancias considerables de la roca fuente. En este tipo de intemperismo son esenciales el agua en abundancia, oxígeno y bióxido de carbono. El intemperismo químico generalmente es capaz de causar mucho más cambios en los constituyentes de las rocas que el intemperismo físico, aunque este último resulta más efectivo en ambientes con carencia de agua, o en ambientes con climas fríos, así como aquellas áreas con topografía abrupta. El ambiente geoquímico secundario es de suma importancia en la exploración geoquímica y la mayoría del muestreo y análisis se realiza en los materiales encontrados en este ambiente. Los halos secundarios son mucho más grandes que los formados en el ambiente geoquímico primario, y son generados por mecanismos completamente diferentes.
INTEMPERISMO FISICO Este tipo de intemperismo causa que las rocas se fragmenten con ningún o muy poco cambio químico, juega un papel menor que el proceso de intemperismo químico, pero es importante en climas muy fríos o muy secos, en donde el intemperismo químico es inhibido, y en áreas con topografía muy abrupta. Donde el intemperismo químico es predominante, el intemperismo físico juega un papel suplementario, aunque la destrucción física de las rocas es importante porque prepara a las rocas para la subsecuente y más potente intemperismo químico, ya que incrementa el área superficial susceptible al ataque químico. Ejemplos de intemperismo físico puro, de interés en exploración geoquímica incluyen su acción en zonas glaciares, con la subsecuente reducción a detritos de la roca fragmentada, transportada y depositada para conformar morrenas y otros depósitos glaciares. En áreas desérticas, por la carencia de agua, el intemperismo físico por viento es el principal agente tanto de intemperismo como de erosión.
INTEMPERISMO QUÍMICO El intemperismo químico puede definirse como las reacciones químicas entre las rocas y minerales y los constituyentes del aire y el agua en o cerca de la superficie terrestre.
Muchos minerales que fueron estables en el ambiente geoquímico primario, son inestables en el ambiente geoquímico secundario y en consecuencia muchos cambios químicos tuvieron lugar durante el intemperismo en un intento de mantener su equilibrio. El orden de resistencia al intemperismo químico de los minerales formadores de rocas es:
minerales nativos-----óxidos-----silicatos-----sulfuros.
De manera general se considera que todas las reacciones químicas relacionadas con el intemperismo químico involucran cuatro procesos relativamente simples: ionización, adición de agua y bióxido de carbono, hidrólisis y oxidación, incluyendo algunos procesos físicos y biológicos. Algunas reacciones en el intemperismo químico son:
Hidrólisis.- Es la separación de las moléculas de una sustancia por adición de agua. El intemperismo de los silicatos es principalmente un proceso de hidrólisis, por medio de la cual las especies iónicas H+ y OH-, llegan a ser incorporadas en las estructuras de los minerales. Existe una secuencia de alteraciones de minerales en el ambiente secundario en donde los minerales formados a elevadas temperaturas generalmente se alteran mucho más rápido que los minerales en formados a bajas temperaturas y esta secuencia sigue muy de cerca el orden de cristalización las Series de Reacción de Bowen. La hidrólisis pueden ilustrarse por la siguiente reacción para la alteración del olivino rico en fierro (fayalita) por agua con un pH de 7. Fe2SiO4+4H2O
2Fe(+2) + 4OH + H2SiO4
(1)
Si tomamos en cuenta que el agua de lluvia puede ser de un pH bajo (cuando esta en equilibrio con el bióxido de carbono de la atmósfera tiene un pH de 5.7) y más bajo si está reforzada con H+ adicional (en áreas volcánicas e industriales en donde el SO2, H2SO4, HCl y otros gases y ácidos son descargados a la atmósfera, llega a tener un pH de 3.0) y otras fuentes (por ejemplo ácidos orgánicos en suelos), esta agua en la zona de intemperismo puede rápidamente atacar a los silicatos. La hidrólisis de la ortoclasa involucra dos reacciones, una para el potasio y otra para el aluminio. En la siguiente ecuación, la ortoclasa es intemperizada a caolinita, sílice e hidróxido de potasio soluble: 2KAlSi3O8 + 3H2O
Al2Si2O5(OH)4 + SiO2 +2KOH
(2)
También ocurre la hidrólisis en carbonatos: MgCO3 + H2O
Mg(+2) + OH + HCO3
(3)
Es importante hacer notar que cualquier solución en contacto con silicatos no puede permanecer mucho tiempo en condiciones ácidas, y si el contacto es continuo, la solución llegará eventualmente a ser alcalina, esto es para el caso de las ecuaciones (1) y (2), para el caso de la ecuación (3), la solución llega a ser cada vez más alcalina. Otro punto importante es que no únicamente el Fe, Mg y K llegan a ser liberados, sino también todos aquellos elementos menores y traza presentes en la estructura de los minerales comunes formadores de rocas. Algunos permanecerán en suelos mientras que otros llegan a ser móviles y entran en las aguas subterráneas y eventualmente en el sistema de drenaje. Estos
comprenden los valores de background en muestras de suelos, sedimentos y agua colectadas como parte de un programa de explotación.
Oxidación.- Es la reacción de una sustancia con el oxígeno. No obstante la importancia de la hidrólisis en el intemperismo de silicatos, la oxidación es el proceso de intemperismo de mayor interés para la exploración geoquímica, produciendo gossans, óxidos de fierro y manganeso y halos de dispersión secundaria de sulfuros. Los efectos de la oxidación pueden ser ilustrados en los elementos fierro, manganeso y azufre, ya que son los elementos de minerales formadores de rocas y menas para los que la oxidación es un importante factor de intemperismo, aunque también otros elementos menores y traza que se encuentran presentes en pequeñas cantidades son oxidados, como lo es el uranio, antimonio y vanadio. Fierro.- En rocas ígneas y metamórficas, la mayoría del fierro se presenta en estado ferroso Fe(+2) mientras las rocas permanezcan en un ambiente reductor. Al ser expuestas a la meteorización, el fierro ferroso tiende a oxidarse a fierro férrico Fe (+3). Los compuestos que contienen fierro ferroso son normalmente de color verde, mientras que aquellos que lo contienen en estado férrico son de color café o rojo.
óxidos férricos puedenlepidocrosita ser encontrados en forma anhidra Fe2O3con (hematita) dos formas Los hidratadas de FeO(OH), y goethita, comúnmente arcilla oyenotras impurezas y estos conforman principalmente a las limonitas. Estos óxidos férricos son extremadamente estables, otros compuestos férricos en la zona de oxidación son poco comunes. Cuando un silicato de fierro, tal como el olivino, entra en contacto con aire o agua y oxígeno, el resultado será la oxidación, como se muestra en la siguiente ecuación: 2Fe2SiO4 + O2 + 4H2O
2Fe2O3 + 2H4SiO4
(4)
En la naturaleza la oxidación es normalmente acompañada por hidrólisis y carbonatación, porque el CO2 esta casi siempre presente en el Ambiente Geoquímico Secundario. La ecuación para la oxidación de la siderita, un carbonato de cobre, es la siguiente: 4FeCO3 + O2 + 4H2O 2Fe2O3 + 4H2CO3 (5) Aunque en los silicatos más complejos el proceso de oxidación del fierro opera de la misma forma, esto es la formación de óxidos de fierro insolubles. La descomposición de la biotita, en la cual el ácido carbónico se incluye entre los reactivos es: 4KMg2FeALSi3O10(OH)2 + O2 + 20H2CO3 +nH2O 4KHCO3+8Mg(HCO3)2+Fe2O3.nH2O+2Al2Si9O10(OH)2+SiO2+10H2O
(6)
Y como en la hidrólisis, otros elementos serán ionizados y liberados, llegando a ser móviles en condiciones acuosas. De esa forma los elementos traza en la biotita son liberados y mientras no formen compuestos insolubles, permanecerán móviles inicialmente. Manganeso.- Este elemento es oxidado de manera muy similar al fierro. Así, podemos sustituir con Mn2SiO4 al Fe2SiO4 en la ecuación (4) y con MnCO3 (rodocrocita) a la siderita en la ecuación (5). El MnO2 es el producto insoluble en ambas reacciones.
En las rocas del ambiente primario, el Mn está presente en estado manganoso (Mn+2) el que es rápidamente oxidado al estado mangánico (Mn+4), además de que puede ocurrir en el estado de Mn+3 y de hecho, algunos minerales de manganeso lo contienen en dos estados de valencia. (braunita 3Mn2O3.MnSiO3). El producto de su oxidación es MnO2, comúnmente pirolusita, aunque otros polimorfos de este compuesto son mas o menos abundantes, como la ramsdellita. Todas las formas de MnO 2 son negras y se encuentran como delgadas capas o películas sobre superficies rocosas y fracturas y en sedimentos de arroyo. Azufre.- La oxidación del azufre es la más importante para la Geología Económica y la Geoquímica. En el ambiente primario este elemento se presenta en la forma S(-2) como sulfuros, aunque también existen estados de valencia desde S(0) que corresponde al azufre elemental, hasta el mas alto y estable estado S(+6) en sulfatos SO4(-2). La pirita y la marcasita FeS2 están entre los sulfuros más abundantes y son muy fácilmente intemperizados. La reacción se describe mejor en pasos: 2FeS2 + 7O2 + 2H2O
2FeSO4 + 2H2SO4
(7)
4Fe(OH)3 + 4H2SO4
(8)
El sulfato ferroso es oxidado: 4FeSO4 + O2 + 10H2O
El hidróxido férrico es finalmente transformado a goethita o lepidocrosita: 4Fe(OH)3
4FeO(OH) + 4H2O
(9)
Combinando las ecuaciones (7), (8) y (9), el intemperismo de sulfuros de fierro involucra la oxidación tanto del fierro como del azufre: 4FeS2 + 15O2 + 10H2O
4FeO(OH) + 8H2SO4
(10)
Una vez que el ácido sulfúrico ha sido formado, este puede reaccionar con más pirita y marcasita: FeS2 + H2SO4
FeSO4 + H2S + S
(11)
Esto explica porqué pequeñas cantidades de azufre nativo son algunas veces encontradas en afloramientos y porqué el H2S es un gas común en minas de carbón y depósitos de sulfuros. En reacciones subsecuentes el bióxido de azufre puede ser generado. El sulfato ferroso y el ácido sulfúrico generados por la oxidación de sulfuros de fierro, son poderosos agentes en la descomposición de otros sulfuros minerales, por ejemplo de Cu, Zn, As y Ag. Una vez que el ácido sulfúrico es formado, el pH se ve disminuido drásticamente, por ejemplo de 7 a 2.5 o aún mas, y en este ambiente ácido muchos otros sulfuros (esfalerita, calcopirita, argentita, bornita, etc.) o minerales nativos, como la plata, son atacados y es permitida la movilización inicial de metales importantes de sus respectivos minerales, así como aquellos minerales presentes en cantidades menores y traza. Reacciones similares a las ecuaciones (7), (8), (9) y (10) puede suceder para la oxidación de muchos otros sulfuros, como calcopirita (CuFeS 2) y bornita (Cu5FeS4)
Aquellos sulfuros que no contienen fierro como la esfalerita y la galena, pueden ser oxidados directamente o ser disueltos por el sulfato ferroso o el ácido sulfúrico. Cualquiera que sea el mecanismo, la oxidación de estos sulfuros conduce a la formación de soluciones ácidas. El ácido sulfúrico generado durante la oxidación puede reaccionar no únicamente con sulfuros sino también con rocas carbonatadas, como calizas, resultando en la formación de yeso: CaCO3 + H2SO4 + 2H2O
CaSO4.2H2O + H2CO3
(12)
En suma, el ácido sulfúrico puede encontrar otras rocas y minerales con los que puede reaccionar, tal como arcillas aluminosas, en cuyo caso puede dar lugar al Sulfato de Aluminio. Durante el proceso de hidrólisis, existe la presencia de ácido carbónico en el agua de lluvia o en agua subterránea. Este ácido puede también contribuir a la oxidación del azufre, por ejemplo en el caso de la galena: PbS + H2CO3 + 2O2
PbCO3 + H2SO4
(13)
En este caso es un precipitado insoluble el carbonato de plomo (cerusita). La reacción de galena con ácido sulfúrico forma anglesita (sulfato de plomo) el que es también insoluble y comúnmente forma una capa sobre la galena y de esa manera impide que continúe la oxidación. Estas reacciones comunes que involucran a la galena muestran que la movilidad de elementos depende en gran parte de los productos de cada reacción. Si son formados compuestos insolubles, como la anglesita, la dispersión hidrogeoquímica no será un factor de importancia. Sin embargo, otros sulfatos (como los de Zn y Cu ) son muy estables en el agua y en este caso los elementos tenderán a formar amplios halos secundarios. El ácido carbónico también puede oxidar el fierro de los silicatos, como en el olivino rico en Fe. (fayalita): Fe2SiO4 + 4H2CO3
2Fe(+2) + 4HCO3(-1) + H4SiO4
(14)
Esto es seguido por la oxidación del Fe: 4Fe(+2) + 8HCO3(-1)+ O2 + 4H2O
(15)
2Fe2O3 + 8H2CO3
El ácido carbónico también puede disolver calizas: CaCO3 + H2CO3
Ca(HCO3)2
(16)
Es importante mencionar que muchas de las ecuaciones aquí presentadas son simplificaciones de los complejos procesos reales y algunos de los productos no han sido encontrados en la naturaleza.
Krauskopf (1967) resume que los resultados netos de los procesos del intemperismo químico de sulfuros: a) Pone a los iones metálicos en solución, o en compuestos estables insolubles bajo a) condiciones superficiales. b) b) Convierten el azufre en ion sulfato. c) c) Producen soluciones relativamente ácidas.
Bacterias.- Ciertos organismos, particularmente las bacterias reductoras de azufre y las oxidantes de fierro, son de importancia en la búsqueda de depósitos minerales por su capacidad química de oxidar o reducir, afectando de esa manera la movilidad de los elementos. El grupo de bacterias Ferrobacillus, tiene la habilidad de oxidar al fierro ferroso, mientras el grupo Thiobacillus es capaz de oxidar sulfuros y otros compuestos de azufre a sulfatos. Algunas especies, como la Thiobacillus ferroxidans, encontrada en aguas ácidas de minas, son capaces de oxidar tanto compuestos de azufre como de fierro, mientras que las bacterias Thiobacillus thioxidans, encontrada en suelos, oxida compuestos de azufre pero no de fierro. Todas esas bacterias crecen en un medio ácido (pH 2-3), habitando en aguas ácidas de minas y en sulfuros ferrosos oxidados como pirita y calcopirita, con la producción de ácido sulfúrico, fierro soluble y en el caso de la calcopirita, fierro y cobre. La oxidación por bacterias de sulfuros no ferrosos es más compleja. En el caso de liberación por bacterias del elemento zinc de la esfalerita, o del molibdeno de la molibdenita, tal liberación de elementos es incrementada aproximadamente diez veces en presencia de pirita. Reacciones como: 4FeS2 + 15O2 + 2H2O
2Fe2(SO4)3 + 2H2SO4
(17)
son descritas para denotar la oxidación de la pirita por bacterias, reacción que es similar a la ecuación (7). Algunas especies de bacterias oxidan el Mn(+2) a Mn(+4) resultando en la precipitación de óxidos de manganeso. Las bacterias también participan en reacciones reductoras. Las mas importantes pertenecen a los géneros Desulfovidrio y Desulfotomaculum. Ellas son anaerobias y reducen el sulfato (del agua, por ejemplo) a H2S. SO4(-2) + 8e + 10H(+1)
H2S + 4H2O
(18)
Algunos metales presentes en la solución formarían sulfuros metálicos por reacción con el H2S. La acción de bacterias reductoras de azufre ha sido usada para explicar la formación de muchos depósitos estratiformes de metales base. Las bacterias son agentes importantes en la formación de suelos y en cambios que ocurren en la composición química de menas minerales en o cerca de la superficie de la Tierra. Se piensa que grandes depósitos de manganeso en Rusia, se han formado por la participación de bacterias oxidantes de Mn. También se cree que las bacterias tienen gran importancia en los óxidos de manganeso que precipitan en los manantiales termales en el área de Badgastein en Alemania. Se conoce una bacteria anaerobia fermentativa productora de hidrógeno por la descomposición de moléculas orgánicas. Tal bacteria ha sido encontrada en aguas subterráneas, suelos, fangos y salmueras. Se considera que el hidrógeno producido de esta forma puede ser el agente para la reducción del U (+6) a U(+4), lo que resulta en la precipitación de uraninita y otros minerales uraníferos.
También el metano puede ser producido por bacterias, el que actúa de manera similar al hidrógeno.
FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN AL INTEMPERISMO Se ha comentado que el intemperismo químico actúa a través de procesos como son la Hidrólisis, la Oxidación y otros, seguidos por la Lixiviación, Precipitación de minerales y así sucesivamente. También se comentó queagua el intemperismo requiere de aire, yque oxígeno y bióxido de carbono, así como que participe en las reacciones en elproporciona transporte de sus productos solubles del intemperismo. Pero existen también otros factores ambientales que influyen en el intemperismo, de los cuales los más importantes son: a) Clima.- Incluye precipitación pluvial y cambios de temperatura. La precipitación pluvial controla la cantidad de agua, la que es esencial para que las reacciones de hidrólisis y oxidación se desarrollen y para el transporte de los productos solubles. De hecho, sin agua el intemperismo químico no existe. La temperatura además de ser un factor físico importante, controla la relación de evaporación y congelación del agua, ya que por cada 10°C que se eleve la temperatura, la relación de reacciones químicas se incrementa en un factor de 2 o 3. La combinación pluvialefectos y temperatura en importantes un área controla la cantidad de vegetación, y las raícesdedeprecipitación las plantas ejercen mecánicos que contribuyen al rompimiento de las rocas, además algunas de ellas desarrollan un bajo pH en las puntas de sus raíces, lo que es una fuerza muy poderosa en los procesos de intemperismo químico en general. Algunas veces, las plantas remueven selectivamente algunos elementos, los cuales en un estado posterior en su ciclo biológico reaparecen en estados muy susceptibles para el intemperismo químico.
b) Actividades biológicas.- Algunas bacterias tienen la habilidad de oxidar al fierro y al azufre y algunas otras bacterias son capaces de reducir al azufre. Otros ejemplos de actividad biológica son los ácidos orgánicos que se generan alrededor de las raíces de las plantas y los generados por bacterias que descomponen a la vegetación. Los productos de estos procesos biológicos interactúan con las rocas y debilitan su superficie, haciéndolas más susceptibles al intemperismo químico y físico. El intemperismo biológico esta restringido a zonas de suelos cercanos a la superficie
c) Material srcinal.- Ciertas características como la textura, porosidad, permeabilidad y la naturaleza de la roca misma, afectan el rango de intemperismo químico. Por ejemplo las rocas porosas pueden ser atacadas químicamente con mayor rapidez que aquellas rocas que se presenten más densas e impermeables; así como los minerales de grano fino son más susceptibles al ataque químico que aquellos de textura más gruesa. d) Topografía.- La topografía influye en el intemperismo químico de varias formas, como es el de controlar el rango de escurrimiento superficial y de aquí la cantidad de humedad disponible para las reacciones químicas, controla también el movimiento de aguas subterráneas y por lo tanto el rango de transporte de productos solubles, e influye en el proceso de erosión que consecuentemente genera una exposición de la litología preexistente. En áreas montañosas, especialmente en aquellas con alta precipitación pluvial, la erosión física es extremadamente rápida y los detritos son removidos antes de que puedan ser intemperizados. En tales lugares las anomalías geoquímicas son mejor detectadas en los detritos clásticos de valles y deltas. En este tipo de ambiente (topografía abrupta y alta precipitación) el viento, las corrientes de agua, el desprendimiento de tierras, el deslizamiento de suelos y otros procesos son muy activos, siendo la disgregación física la de mayor actividad y el intemperismo químico de menor participación. El otro extremo es una zona plana con abundante precipitación, en donde existe muy poco escurrimiento superficial, mientras que la infiltración es máxima. Pero a causa de que el flujo superficial es muy poco, los productos solubles no se mueven libremente y el intemperismo químico es inhibido. Las condiciones topográficas favorables al intemperismo químico son encontradas en áreas de moderado relieve en donde el escurrimiento superficial no es excesivo y el agua subterránea es capaz de circular libremente. Aún aquí, las variaciones locales de la topografía resultan en diferentes grados de intemperismo.
APLICACIÓN DEL pH Y Eh EN EL AMBIENTE SECUNDARIO. Cuando un elemento químico es liberado de las rocas mediante la meteorización, su migración supergénica, esto es su movilidad y dispersión, depende en gran parte de los factores como son la adsorción, solubilidad, el pH y el Eh de un ambiente. Tabla 9 y Tabla 10. Durante la oxidación de los sulfuros se generan valores bajos de pH (acidez alta) y en este ambiente muchos metales son móviles, pero la movilidad decrece cuando se incrementa el valor de pH (más alcalino). El pH es uno de los principales factores que controlan la movilidad de los elementos en el ambiente geoquímico. Cuando el fierro y el manganeso se encuentran en estado reducido, esto es como Fe+2 y Mn+2, son móviles en muchos ambientes naturales, sin embargo tan pronto como sean oxidados al estado +3 y +4 respectivamente, su movilidad en el ambiente secundario es fuertemente disminuido y se observan en forma de gel o como precipitaciones de óxidos de fierro y manganeso, por lo que el estado de valencia determina en gran parte cuando estos elementos
quedan en solución o precipitan. Este es un ejemplo de la importancia del proceso de óxido –
reducción.
Por otro lado, se ha identificado que por encima del nivel freático el ambiente es oxidante y con predominio de un Eh ≥ 0, lo cual implica que las fases minerales como los sulfuros sean inestables, ya que éstos han sido formados bajo un Eh ≤ 0. Los sulfuros por lo tanto, se ajustan geoquímicamente al nuevo medio oxidándose y liberando parte de los metales que los constituyen, los cuales son transportados por las aguas y redistribuidos. Una parte es concentrada por debajo del nivel freático, en la zona de concentración (Eh ≤ 0) y otra es removida en torno a la mineralización creando un halo de dispersión. La dispersión de los elementos lleva a la formación de una zona geoquímicamente anómala y directamente relacionada con la mineralización que contrasta con los valores normales dentro del medio de dispersión, ya sea en rocas suelos agua, etc.
PRODUCTOS DEL INTEMPERISMO QUÍMICO. Tres productos principales resultan del intemperismo químico de las rocas y de los minerales:
1. - Minerales primarios estables. 2. - Constituyentes solubles. 3. - Minerales insolubles formados en el ambiente secundario.
En la tabla 11 se manifiesta la estabilidad geoquímica de los minerales primarios en afloramientos, no de la resistencia física durante su transporte. La barita por ejemplo, es un mineral estable que permanece en afloramientos lixiviados, manifestándose únicamente en fragmentos transportados a muy corta distancia; mas sin embargo la fluorita, la calcita y la mayoría de los sulfuros metálicos asociados han sido disueltos. Muchos de los sulfuros metálicos son inestables, pero no así la galena que permanece en afloramientos lixiviados de yacimientos conteniendo plomo y zinc, esto es debido a que se desarrolla una capa de anglesita insoluble que la protege de las reacciones químicas posteriores. La galena, al igual que la barita, se encuentra pobremente transportada en sedimentos a causa de su fragilidad.
Minerales Primarios Estables (Residuales) Estos minerales no son afectados directamente por las reacciones químicas que suceden en la zona de intemperismo, correspondiendo a ellos los minerales nativos (oro, platino, diamante), óxidos (casiterita, rutilo, magnetita, cromita, ilmenita), algunos silicatos (berilo, circón) y algunos otros como fosfatos (monacita). Algunos de éstos minerales aparte de ser resistentes al ataque químico, presentan otras propiedades físicas que les permitirán ser transportados e incluso formar yacimientos de placer. Otros minerales primarios estables aunque son resistentes en la zona de intemperismo (wolframita, barita) son demasiado blandos o friables para permitirles el ser transportados cualquier distancia considerable. La transformación de los minerales ígneos es aproximadamente en el mismo orden de la secuencia de cristalización en el magma; plagioclasas cálcicas y piroxenos, formados a altas temperaturas en el ambiente primario, están considerablemente fuera de su estabilidad al ser
expuestos en el ambiente superficial; feldespatos potásicos, moscovita y cuarzo, que se forman a bajas temperaturas en el ambiente primario, son más estables al quedar expuestos en superficie. El orden general aproximado de estabilidad entre minerales de mena es el siguiente:
Minerales Nativos – Óxidos – Silicatos – Sulfuros Constituyentes Solubles de los Minerales Estables. Los elementos solubles formados como producto de la transformación de silicatos, sulfuros y carbonatos migran con las aguas meteóricas, las que son percoladas a través de suelos y rocas, y estos finalmente pueden emerger a la superficie como manantiales y mezclarse con las aguas de ríos y lagos. Fig. 7. En cualquier lugar a lo largo del curso superficial del agua, los constituyentes disueltos pueden dejar evidencias de la mineralización srcinal, ya sea en forma de metales en los sedimentos de arroyo adsorbidos en óxidos de fierro y manganeso o como valores anómalos en las aguas mismas. En el caso de rocas no mineralizadas es posible determinar el material de la roca srcinal al examinar los constituyentes solubles en las aguas que drenaron a cada tipo de roca (Tabla 12) Por ejemplo, el agua contacto con un rocas calcáreas una relación característicamente alta de Ca, Mg, yen HCO elevado pH depresenta aproximadamente 8.2, 3 y presenta mientras que aguas asociadas a rocas ígneas félsicas presentan alto contenido de sílice y tienen un pH menor (aproximadamente 6.6). Cabe aclarar que los valores de pH aquí denotados, son generalizaciones y no son siempre aplicables. Un elevado contenido de un compuesto mayor en un cierto tipo de agua como lo es el SO4 conjuntamente con valores bajos de pH y concentraciones a nivel de traza de metales en el agua de los manantiales emplazados en fallas, es indicativo de posible oxidación de sulfuros en la zona.
Minerales Insolubles. Son aquellos residuales formados el ambiente tales secundario en donde gran variedad de ellosminerales se han formado en la zona deen intemperismo, como los óxidosuna de fierro y manganeso, arcillas, sulfatos, carbonatos, cloruros (querargirita), silicatos (crisocola) y metales nativos (mercurio, plata) Los minerales que se forman en cualquier caso específico dependen de los elementos presentes y de la solubilidad de los compuestos metálicos formados. Un especial interés en la prospección geoquímica lo presentan los óxidos de fierro, particularmente las formas hidratadas, debido a que son abundantes, fácilmente reconocibles y tienen la habilidad de adsorber o de coprecipitar con trazas de metales. Normalmente los óxidos de fierro hidratados son encontrados como capas o pequeñas masas en el área de oxidación de sulfuros (gossans).
Gossans. Son también llamados casquetes de oxidación, coberteras o sombreros de fierro, en donde generalmente los óxidos de fierro hidratados se presentan como cementante, en capas o en pequeñas masas sobre los yacimientos de sulfuros que contengan fierro, ya que la mayoría de los yacimientos minerales oxidados presentan una cobertera de fierro en la superficie.
Un gossan es el nombre genérico dado a grandes masas de material limonítico residual, normalmente con presencia de cuarzo y arcillas, que permanece in-situ después de que se generó la movilidad de los productos solubles en un yacimiento oxidado de sulfuros. La definición de gossan se podría anotar de la manera siguiente: Es el afloramiento de una masa celular de limonita y ganga, situada arriba de los depósitos de sulfuros oxidados y que es una guía de la mineralización subyacente. El mecanismo de formación de los gossans es el descrito para el srcen de la goethita, ilustrado en la ecuación (10) del intemperismo químico. Varios tipos de minerales que contienen fierro pueden formar gossans al ser intemperizados, principalmente los sulfuros como la pirita, marcasita, pirrotina, arsenopirita, calcopirita y los carbonatos como la siderita y la ankerita. Como la mayoría de las características asociadas a yacimientos minerales, un gossan es parte de una secuencia zonal. Un perfil avanzado de la secuencia, derivado de un intemperismo ininterrumpido, comprende una zona de óxidos de fierro lixiviada, una zona intermedia de minerales de mena secundarios con óxidos de fierro, una zona más profunda de sulfuros supergénicos y al final sulfuros primarios Fig. 8. En la zona de oxidación de un yacimiento de sulfuros de cobre tiene lugar la lixiviación cerca de la superficie y la formación del gossan, en donde los elementos solubles son removidos y si existe la presencia de carbonatos puede formarse azurita y malaquita, también pueden encontrarse cobre nativo y crisocola. Si hubiera zinc en el depósito, podrían precipitar smithsonita y hemimorfita; y si el plomo estuviera presente en ese depósito precipitaría anglesita y cerusita.
W. C. Peters, hace una diferencia entre gossan y casquete de oxidación. El gossan es la acumulación celular de material limonítico derivado de la lixiviación de vetas y depósitos masivos de sulfuros, mientras que el casquete de oxidación es la porción superior, lixiviada y coloreada de limonita principalmente desarrollado en cuerpos de sulfuros diseminados como son los pórfidos cupríferos
Limonita es un término genérico que comprende a los minerales hematita, goethita, lepidocrosita y jarosita. Mucho del material de un gossan es jaspe limonítico, que es una mezcla de limonita y sílice. También son comunes los minerales arcillosos, sulfatos, carbonatos y minerales de manganeso. Para la exploración de sulfuros es comúnmente necesario evaluar el significado económico de los gossans y para ello se requiere hacer una distinción entre gossans verdaderos y falsos; los gossans verdaderos se encuentren inmediatamente sobre la mineralización potencialmente económica y los gossans falsos, no. Desde el punto de vista geoquímico el análisis del gossan comúnmente proporcionará evidencias contundentes con relación a la presencia o ausencia de la mineralización. En general, los gossans que se srcinaron de mineralización económica se caracterizan por valores geoquímicos anómalos en comparación con los que proceden de fuentes no económicas.
Un completo conocimiento, entendimiento y habilidad para interpretar los gossans es de gran valor en geología económica y en geoquímica. Aún cuando éstos representan condiciones extremas de intemperismo, los gossans pueden tener características distintivas que indiquen auténticamente la naturaleza de la mineralización srcinal. Es importante conocer, si es posible sin llegar a la perforación, si un gossan se srcinó de sulfuros económicos o fue formado a partir de sulfuros no económicos como pirita o bien de carbonatos de fierro como la siderita. Los criterios que nos permiten diferenciar esto incluyen el color, la textura, la forma de huecos o cavidades, la cantidad y el tipo de minerales arcillosos asociados y la presencia de productos de oxidación insolubles como la anglesita. Se debe de analizar con mayor detalle las texturas boxwork (réplicas), que son porciones porosas de material del gossan que permanecen después que los sulfuros srcinales han sido removidos.
HALOS Y DISPERSIÓN SECUNDARIA. La dispersión secundaria se define como la distribución o redistribución de elementos químicos en la zona superficial de oxidación e intemperismo. Las concentraciones anómalas de elementos en el ambiente geoquímico secundario pueden ser derivadas de fuentes mineralizadas o de rocas no mineralizadas, pudiendo ser transportadas hidromórficamente (en solución) o mecánicamente (en forma sólida) o pueden no sufrir transporte alguno. Existe un gran número de formas que pueden asumir los patrones de dispersión secundaria, todas con un srcen complejo y de dimensiones irregulares. Algunos términos utilizados (Hawkes & Weeb, 1962) para describir la forma de los patrones de dispersión secundaria son:
Superyacente – un patrón desarrollado aproximadamente sobre la fuente mineralizada y la roca encajonante. Lateral – un patrón desplazado hacia un lado y enteramente subyacido por roca encajonante estéril.
Halo – un patrón suprayacente dispuesto desde su srcen (fuente mineralizada) en forma casi simétrica. Dependiendo del mecanismo de dispersión, los patrones secundarios también pueden ser clasificados como:
Clásticos Hidromórficos Biogénicos
Los patrones de dispersión secundaria generalmente llegan a estar desplazados de la fuente mineralizada. Tales desplazamientos en sedimentos y agua de arroyos son de gran utilidad, ya que son las bases para muchos estudios de reconocimiento regional. Sin embargo esas anomalías pueden asumir muchas formas y tamaños y la distancia del desplazamiento desde la fuente mineralizada puede variar considerablemente. Los patrones secundarios de dispersión desarrollados en suelos residuales pueden ser encontrados directamente sobre la mineralización, pero las anomalías hidromórficas srcinadas de la misma mineralización pueden ser detectadas muy lejos de la mineralización. El reconocimiento, interpretación y rastreo de dichos patrones de dispersión secundaria hasta su fuente de srcen es uno de los aspectos más importantes en la exploración geoquímica. En la figura 9 se ilustran diferentes anomalías desplazadas que pueden ser encontradas en estudios geoquímicos: A y B son ejemplos de las dispersiones controladas por estructuras geológicas como lo son las fallas, de esta manera A se ha formado después del fallamiento, posiblemente mediante fluidos, mientras que B es un halo de dispersión primaria desplazado por una falla. C y E ilustran anomalías desplazadas mecánicamente por efectos de la gravedad en suelos presentes en desnivel. En general el movimiento por gravedad de los suelos en pendientes decrece desde la superficie hacia la roca y las anomalías formadas tienen lugar como en C y en la figura 10. Esto resultará en que los fragmentos mineralizados en la superficie serán transportados más lejos de la fuente que aquellos que se encuentran en los horizontes más bajos y cercanos a la roca. Un rasgo característico de muchas anomalías en suelos desplazados mecánicamente es que una muestra de suelo tomada a todo lo largo del perfil y a alguna distancia de la mineralización mostrará un decremento en la concentración de elementos con la profundidad. El recuadro D de la figura 9, ilustra una anomalía contrastante en suelo formada por el vestigio de una capa mineral que en un tiempo afloró en la superficie y en donde el movimiento de suelo ha sido mínimo. La mayoría de las anomalías hidrogeoquímicas son desplazadas, excepto en ciertas circunstancias como son las aguas estancadas. En la figura 9, F y G ilustran anomalías desplazadas en aguas subterráneas, donde pueden ser reconocidas en la intersección con la superficie (línea del manantial). Dependiendo de la movilidad de los elementos involucrados, la dispersión de elementos solubles puede ser
detectada a distancias considerables de la línea del manantial, o el patrón de dispersión puede ser muy pequeño y restringido a la vecindad de la intersección del manantial con la superficie. La dispersión en aguas superficiales puede también tomar lugar en la forma coloidal o adsorbida y la extensión del patrón dependerá de factores como el tamaño de la partícula coloidal o del mineral adsorbido y de la velocidad del flujo de agua. Las anomalías biogénicas se reflejan en suelos y en la misma vegetación, teniendo lugar en una gran variedad de formas y pudiendo estar considerablemente desplazadas con respecto de la mineralización srcinal.
SUELOS El proceso de intemperismo de las rocas conduce a la formación de suelos y de hecho, la formación de suelos es una parte integral del intemperismo. El término suelo puede ser definido simplemente como los productos del intemperismo que permanecen in situ sobre la roca intemperizada. Los factores que tienen gran influencia en la formación de suelos son el clima, la actividad biológica, el material srcinal y el tiempo. Desde el punto de vista de la exploración geoquímica, los suelos son un importante medio de muestreo, siendo la dispersión de metales en los suelos la base para muchos programas de exploración. Según Legget (1967) al menos el 72% de la superficie terrestre está cubierta por suelos.
Perfil de suelos. Un rasgo característico de los suelos es una “zonificación” evidente en sección vertical en donde las capas secuenciales son llamadas horizontes. Cada horizonte difiere en composición, color, textura y/o estructura y los límites entre ellos son comúnmente bien definidos. Desde la superficie y hacia profundidad, los horizontes son designados como A, B, C y
D, presentándose a menudo subhorizontes definibles como A0, A1, A2, B1 etcétera.
Los suelos pueden desarrollarse sobre el material del cual fueron srcinados, generando así a los suelos residuales, o bien pueden ser transportados para generar materiales glaciares, aluviales o coluviales. Los horizontes A y B constituyen el “suelo verdadero” o solum sobre la roca que lo srcinó, el cual consiste de materia orgánica, una capa lixiviada y una capa de depositación. El perfil gradúa hacia abajo en donde se encuentra el material intemperizado que se identifica como horizonte C y posteriormente el sustrato rocoso sin intemperizar que representa el horizonte D. El horizonte C de los suelos residuales consiste de fragmentos intemperizados de material srcinal con algunos valores anómalos de metales similares a los de la roca srcinal, este suelo.horizonte puede también comprender suelos antiguos de los cuales se ha formado nuevo La figura 11 muestra la representación esquemática de diferentes perfiles de suelos con sus respectivos horizontes y subhorizontes.
Horizonte A La capa superior del horizonte A consiste de detritos orgánicos hospedados en el suelo y es la zona de máxima actividad biológica. La capa A0 es designada para detritos orgánicos parcialmente descompuestos y comúnmente llamado humus. La capa A1 esta caracterizada por humus mezclado con algo de material inorgánico. El horizonte A0 refleja estrechamente la química de la vegetación de la cual se ha derivado y el análisis del material de este horizonte tiene mucho en común con la prospección biogeoquímica. Los análisis geoquímicos practicados en humus indican que fuertes anomalías pueden ser encontradas en él; aunque el mismo enriquecimiento puede ser asignado al horizonte A1, el cual contiene también gran contenido de humus. La interpretación de este tipo de datos es a menudo complicada por el hecho de que la materia orgánica puede contener valores anómalos no relacionados con la mineralización, sino más bien con otros mecanismos como adsorción. A medida que el agua se filtra a través de la materia orgánica descompuesta, el ácido carbónico y otros ácidos orgánicos están siendo formados con el consecuente decrecimiento del pH. Estos ácidos orgánicos son débiles y son continuamente formados por la descomposición del humus, moviéndose a niveles inferiores en donde reaccionan con los minerales y generan la liberación de los productos solubles y material coloidal, ambos son removidos hacia abajo en forma de soluciones o en suspención por las aguas meteóricas. Esta liberación química de elementos es característica de todo el horizonte A y es llamada lixiviación, y si ésta lixiviación es intensa puede tener lugar una zona conocida como A 2 o de máxima eluviación. Este horizonte A 2 se encuentra desprovisto de gran parte de la materia orgánica, elementos traza y arcillas, es de color claro como opuesto a los colores oscuros (negro y café) característicos de los horizontes superiores.
La zona A2 es principalmente una mezcla de arena y limo con algo de arcilla. Su color claro es muy característico y su espesor es generalmente menor a 30 cm. Este horizonte no se debe muestrear con fines geoquímicos. Puede haber una zona A3 como transicional hacia el horizonte B, y de existir, generalmente es muy delgado.
Horizonte B A, presentando algunas características Se encuentra inmediatamente abajo del horizonte del horizonte A como del C. Se presenta generalmente de color café a café anaranjado, pegajoso cuando esta húmedo y más duro cuando está seco. Contiene altas concentraciones de óxidos de fierro y/o aluminio normalmente combinados con óxidos de manganeso y materia orgánica El horizonte A presenta un srcen de eluviación o lixiviación, mientras que el horizonte B es de iluviación o concentración, considerándose que parte del material lixiviado del horizonte A es depositado en el horizonte B. Durante la lixiviación, los elementos más solubles pueden ser transportados mucho más abajo, pudiendo entrar en el sistema de aguas subterráneas y ser removidos fuera del área por el drenaje y llegar a formar anomalías considerables desde la fuente Cuando la remoción es completa, como en los suelos bien drenados en zonas húmedas, el perfil es calificado como un “sistema químico abierto” y los suelos en este ambiente normalmente serán ácidos. Por otro lado, los suelos alcalinos son característicamente encontrados en regiones semiáridas a secas, en donde el agua es insuficiente para drenar completamente hasta el nivel de aguas freáticas, clasificándose a este perfil como un “sistema químico cerrado”, en donde la carencia en éstas áreas, más la escasa vegetación de la cual se podrían derivar ácidos orgánicos, resulta no solo en una menor lixiviación, sino en la precipitación de una capa de carbonato de calcio llamada caliche que es contenida en el nivel general del horizonte B y su posición es determinada por la profundidad a la cual penetra el agua antes de evaporarse. El caliche es el resultado más notable de iluviación en regiones semiáridas y en áreas secas éste puede estar cerca o incluso sobre la superficie, pero si se llega a presentar en áreas más húmedas se localizará a profundidades de más de seis metros. A causa de que el horizonte B es de acumulación de elementos y que en él se encuentran arcillas minerales y óxidos de fierro y manganeso, los cuales tienen la capacidad de adsorber metales en varias proporciones, éste horizonte es el que normalmente se muestrea durante una exploración geoquímica por muestras de suelo. Este horizonte generalmente es fácil identificarlo por su color cafesoso y por su textura arcillosa.
Horizonte C La parte superior del horizonte C consiste de roca suelta y parcialmente descompuesta, con excepción de suelos transportados, éste gradúa hacia abajo a material srcinal inalterado con muy escaso contenido de materia orgánica, la iluviación es mínima y generalmente restringida a la parte superior, presentándose normalmente en color más claro que el horizonte B. El horizonte C sólo será muestreado en un limitado número de ocasiones, por ejemplo, cuando los valores anómalos esperados se encuentran en él (suelos lateríticos). Los suelos son comúnmente más complejos de cómo se han presentado aquí, ya que muchos subhorizontes pueden existir y partes del perfil pueden no encontrarse a causa de la
erosión o por un desarrollo muy pobre y otras dificultades pueden presentarse por múltiples y diferentes ciclos de intemperismo relacionados a cambios climáticos. El espesor de los horizontes de los suelos varía considerablemente dependiendo del clima, actividad biológica, material srcinal y el tiempo en el que el perfil se ha desarrollado Como una generalización, se considera que el horizonte A varía de aproximadamente 3 centímetros a 1.5 metros; el horizonte B, de unos cuantos centímetros a aproximadamente 2 metros y el horizonte C generalmente es más potente, y en suelos tropicales muy lixiviados en los que el intemperismo ha sido un proceso largo e ininterrumpido, este puede ser de 100 metros o más, por ejemplo en algunas zonas de Africa y Australia.
En un estudio geoquímico de suelos es esencial que las muestras sean tomadas siempre del mismo horizonte para poder hacer comparaciones significativas y reconocer a las anomalías. Si no es posible realizar estudios preliminares para determinar el horizonte de suelo óptimo para los propósitos de exploración y sólo un horizonte puede ser muestreado, normalmente el horizonte B será el preferido.
MINERALOGÍA GENERAL Y LABORATORIO INTRODUCCIÓN. La Mineralogía es la ciencia que estudia a los minerales bajo los conceptos de srcen, estructura interna, forma externa, composición, propiedades físicas y químicas, asociaciones, usos y aplicaciones. El objetivo fundamental de la Mineralogía es dilucidar los aspectos químicos y físicos, así como la evolución geológica de la corteza terrestre. Existe una variada gama de definiciones que se tienen para mineral, desde el punto de vista geológico se considera a un sólido de srcen inorgánico, con estructura interna definida y que posee propiedades físicas y químicas bien definidas además de que puede ser representado mediante una fórmula química; considerándose que puede manifestarse en forma de cristales bajo condiciones favorables. En términos estrictos, lo que caracteriza plenamente a un mineral es: • • su estructura interna definida • • propiedades físicas y químicas definidas • • representación mediante una fórmula química Las otras características son también necesarias bajo ciertas excepciones. Los minerales pueden presentarse en un estado líquido como el mercurio, un mineral nativo; o el agua que corresponde a los óxidos, estableciéndose para éste último como la presentación líquida del mineral hielo.
El srcen inorgánico no es exclusivo para los minerales, ya que conocido es el srcen del diamante, del aragonito, las fosforitas y la sílice como orgánicos. El hecho de que los minerales se presenten en cristales apreciables a simple vista, pone de manifiesto que tuvieron suficiente espacio, así como el tiempo y presión y temperatura adecuadas para su formación; no siendo así para los minerales micro o criptocristalinos. La estructura interna definida, esto es, el orden interatómico o interiónico tridimensional, es representativa de la materia cristalina, sin embargo, si un sólido inorgánico carece de esta propiedad se le conoce como mineraloide. Independientemente de la localidad, una especie mineral siempre tendrá las mismas propiedades físicas y químicas y dentro de las primeras, las propiedades ópticas son las que definen a un mineral. Por último, la representación mediante una fórmula química, descarta a los productos de fundición y a las aleaciones sintéticas. La palabra mineral se deriva del latín “ minare”, que significa practicar la minería. La Cristalografía, es la ciencia que estudia a los cristales en su estructura interna, forma externa y las leyes que gobiernan el crecimiento de los cristales. Su desarrollo inicial esta íntimamente ligado a la Mineralogía, pero en la actualidad dada su especialización del orden en la materia, que incluye a lo orgánico, se desprende y especializa como una ciencia independiente. La cual suele dividirse en cuatro partes principales: Cristalografía Geométrica, que se ocupa de la forma externa de los cristales; Cristalografía Estructural, la cual trata de la descripción y determinación de la geometría de la estructura interna; Cristalografía Química, que describe y estudia la disposición estructural de los átomos o iones y las uniones entre éstos; y la
Cristalografía Física, la cual explica y describe las propiedades físicas de los cristales. La Cristaloquímica es definida como la ciencia que estudia las relaciones entre la estructura cristalina de los cuerpos y sus propiedades físicas y químicas. El objetivo de ésta ciencia es predecir las propiedades físicas y químicas de un cuerpo cuya estructura sea conocida, así como elaborar una sistemática de tipos estructurales a los que se pueda asociar cierto número de propiedades físicas y químicas. Esta interrelación se puede manifestar como sigue: “La naturaleza química, más el tipo de enlace químico, más el arreglo interno definido de átomos o iones; son función directa de las propiedades físicas y químicas de los minerales” Por otro lado, debemos de entender por cristal a un sólido homogéneo que posee un orden interno tridimensional y que se encuentra delimitado por superficies planas. Otras definiciones que debemos tener en mente son las siguientes: Roca, es una asociación armónica de minerales. Mena, es una asociación de minerales con rendimiento económico.
Ganga, los minerales sin valor económico presentes en la mena. Gema, cualquier mineral, mineraloide o mineral orgánico utilizados con fines ornamentales. LA MINERALOGÍA Y LAS CIVILIZACIONES. El desarrollo de la Mineralogía es relativamente reciente, aunque los minerales, cristales y rocas fueron los primeros materiales usados en el desarrollo de la civilización. En la edad de piedra, las rocas o piedras se labraron en diversas formas y se emplearon para diferentes objetivos, incluso como armas; utilizándose inicialmente sin pulir y con el tiempo se fueron descubriendo métodos que permitían pulimentarlas. A medida que se desarrollaba el conocimiento sobre las rocas y minerales, y fue posible obtener metales de ellos, surgiendo sucesivamente las edades del bronce, del
hierro y del carbón.
Debido al enorme progreso que se ha experimentado en la ciencia y en la tecnología, se ha generado un gran aumento en el empleo de los metales y minerales, por lo que a los sucesivos periodos de progreso se les ha llamado:
Era de la máquina Era del motor Era del petróleo Era atómica Era nuclear El empleo de los minerales ha aumentado considerablemente a causa de las guerras mundiales. Además, hanmucho desarrollado nuevos usos industriales para los minerales conocidos desde se hace tiempo.muchos Como ejemplos, se tiene al cuarzo variedad cristal de roca el cual se emplea actualmente en el control de frecuencias en modernos aparatos de radio y electrónicos; el diamante es utilizado en los rápidos y precisos procesos de mecanización de metales y otros materiales; la cianita en la preparación de porcelanas; el rutilo es una mena importante de titanio y éste metal se caracteriza por su bajo peso específico, elevado punto de fusión y su resistencia a la corrosión, propiedades importantes para la fabricación de motores a reacción. Con el desarrollo de la energía nuclear, han cobrado extraordinaria importancia todos aquellos minerales que contienen uranio o torio, tales como la uraninita y la betafita. También es importante recordar que para satisfacer las necesidades tecnológicas actuales, se requieren grandes cantidades de minerales que contengan boro, litio, berilio, germanio y tierras raras (itrio, lantano, cerio, praseodimio, neodimio y samario).
Los metales y minerales han ayudado a crear civilizaciones dominantes. Asimismo, la industria minera ha respaldado revoluciones industriales, avances tecnológicos y desarrollo económico, destacándose éstos en la economía internacional y han servido para medir la riqueza de un país. Actualmente los recursos minerales de una nación son la base de su poderío y depende de esos minerales en innumerables aplicaciones, desde la construcción de un edificio, la manufacturación de un televisor, de una computadora, de un turborreactor o la puesta en órbita de un satélite artificial.
HISTORIA DE LA MINERALOGÍA. Como se mencionó anteriormente, el surgimiento de la Mineralogía como ciencia es relativamente reciente, pero en la práctica de las artes mineralógicas es tan antigua como la civilización humana. Pigmentos naturales como el rojo y el negro, obtenidos de la hematita y de la pirolusita respectivamente, fueron usadas en las pinturas de las cavernas de los primeros hombres y las herramientas de pedernal fueron instrumentos valiosos durante la edad de piedra. Pinturas en tumbas encontradas en el valle del Río Nilo, realizadas hace aproximadamente 5,000 años, muestran coloraciones como el verde de la malaquita, óxidos de fierro y metales preciosos obtenidos al fundir menas y confeccionadas en delicadas gemas de lapislázuli y esmeraldas. Como la edad de piedra cedió a la edad de bronce, otros minerales como la casiterita fueron investigados, de los cuales obtuvieron nuevos metales. Se considera que el primer trabajo escrito sobre mineralogía fue realizado por el filósofo griego Theofrastus (372 - 287 a. C.), titulado Pery Lyton del que se conserva una parte considerable, y otra obra de él mismo titulada Tratado de los metales que se perdió. Cuatrocientos años después, Plinio registró el pensamiento mineralógico de su tiempo. Durante los siguientes siglos, pocos trabajos sobre minerales fueron publicados, los cuales contenían erudición y consejos con poca información verídica. surgimiento la Mineralogía como ciencia, bien puede“De ser señalado por la, Re Metallica” obra delElfísico alemán de Georgius Agricola quien en 1556 publicó obra en la cual manifiesta las prácticas mineras y metalúrgicas de aquel tiempo e incluye el primer informe verdadero de minerales. Posteriormente, en 1669, Nicolas Steno hace un gran aporte a la Cristalografía, la “Ley de la constancia de los ángulos interfaciales”, propuesta a partir del estudio de cristales de cuarzo, en donde independientemente del srcen, tamaño u hábito cristalino, los ángulos entre caras correspondientes son constantes. Más de un siglo pasó antes de que la siguiente contribución fuera hecha. En 1780 Carangeot inventó un dispositivo para medir los ángulos interfaciales de los cristales, esto es, el goniómetro de contacto. Romé de L´isle, en 1783, hizo mediciones angulares sobre diferentes cristales, confirmando de ésta manera la ley de la constancia de los ángulos interfaciales. En el siguiente año, 1784, René J. Haüy demostró que los cristales son construidos por apilamiento y sin interrupción de pequeños bloques idénticos, a los cuales él llamó moléculas integrales, término que subsiste casi en su sentido srcinal en las celdas unitarias de la Cristalografía moderna. Posteriormente
este físico francés, en 1801 desarrolla la teoría de los índices racionales para las caras de los cristales. A principios del Siglo XIX, fueron hechos rápidos avances en el campo de la Mineralogía. En 1809, Wollaston inventó el goniómetro de reflexión, mediante el cual se realizan mediciones exactas y precisas de las posiciones de las caras de los cristales. Por lo que el goniómetro de contacto aportó los datos necesarios para estudiar la simetría de los cristales y el goniómetro de reflexión proporciona mediciones exactas de los cristales tanto naturales como sintéticos. Estos datos hacen a la cristalografía una ciencia exacta. Entre 1779 y 1848 el químico sueco Berzelius y sus discípulos, estudiaron la química de los minerales y desarrollaron los principios de la actual clasificación química de los minerales. En 1815, el naturalista francés Cordier aplicó su microscopio a fragmentos de minerales triturados y sumergidos en agua, con esto da inicio al “método de inmersión” el cual fue desarrollado posteriormente como una técnica importante para el estudio de las propiedades ópticas de los minerales. La utilidad del microscopio en el estudio de las propiedades ópticas de los minerales se incrementó de manera importante por la innovación, en 1828 por el escocés William Nicol, de un dispositivo polarizante que permite el estudio sistemático del comportamiento de la luz en las sustancias cristalinas. En la última parte del Siglo XIX, Fedorov, Schoenflies y Barlow, trabajaron independientemente y desarrollaron casi de manera simultánea las teorías para la simetría interna y el orden dentro de los cristales, con lo cual llegaron a ser los fundadores del trabajo posterior en Cristalografía de Rayos X. El descubrimiento más trascendente del Siglo XX es atribuido a Max Von Laue de la Universidad de Munich, quien sugirió un experimento ejecutado por Fiedrich y Knipping, el cual consistió en demostrar que los cristales podían difractar los Rayos X. De esta manera fue proporcionado por primera vez el arreglo periódico y ordenado de átomos en un la materia Casieldeestudio maneradeinmediata, la difracción desustancias Rayos X llegó a ser método cristalina. poderoso para los minerales y las demás cristalinas, y en 1914 las primeras determinaciones de la estructura cristalina fueron publicadas por W.H. Bragg y W.L. Bragg en Inglaterra. La aplicación de paquetes computacionales conjuntamente con modernos equipos de difracción y fluorescencia de Rayos X ha hecho posible la relativa rapidez en la determinación de estructuras cristalinas altamente complejas. El advenimiento de la microscopía electrónica y por tunelamiento para el estudio de los minerales a micro escala ha proporcionado aún otra herramienta poderosa utilizada en la actualidad de manera rutinaria, para el estudio de la química de los minerales compuestos, sintéticos y vidrios Asimismo, la Mineralogical Society of America desde 1937 hace un reconocimiento cada año, a investigadores de diferentes nacionalidades, quienes han dirigido sus investigaciones para incrementar el conocimiento mineralógico y que sean consideradas como contribuciones al enriquecimiento científico de la Mineralogía.
A continuación se mencionan los autores y sus contribuciones en el desarrollo de la Mineralogía y que fueron galardonados por la Sociedad Mineralógica de América en los años recientes.
1977. Raimond Castaing, inventor de los microanálisis, uno de los primeros trabajos sobre la teoría de los análisis cuantitativos. 1978. James B. Thompson Jr., evaluación teórica de sistemas petrológicos; química cristalina de los anfíboles. 1979. William H. Taylor, cristalografía estructural; característica estructural de los feldespatos, zeolitas y aluminosilicatos. 1980. D. S. Korzhinskii, autor de Bases fisicoquímicas para el análisis de la paragénesis de minerales y de Teoría del zonamiento metasomático. 1981. Robert M. Garrels, estudios teóricos de la formación de menas; diagramas de fase para minerales de baja temperatura; coautor de Soluciones, minerales y equilibrio. 1982. Joseph V. Smith, cristalografía estructural de minerales formadores de rocas; mineralogía lunar y petrología; autor de Feldespatos (2 volúmenes). 1983. Hans P. Eugster, equilibrio sólido-fluido en sistemas hidrotermales; sedimentación química del agua en lagos salados. 1984. Paul B. Barton Jr., petrología de menas; la química y física de los procesos formadores de menas. 1985. Francis J. Turner, petrología metamórfica. 1986. Edwin Roedder, inclusiones fluidas en minerales. 1987. Gerald V. Gibbs, fundamentos de la cristalografía matemática; aplicación de la teoría orbital molecular al enlace químico. 1988. Julian R. Goldsmith, orden-desorden en feldespatos; equilibrio de fases en carbonatos. 1989. Helen D. Megaaw, estructura cristalina por rayos X de los feldespatos; srcen de la ferroelectricidad en óxidos. 1990. Sturges W. Bailey, estudios de la química cristalina y estructural de las capas de los silicatos. 1991. E-an Zen, aplicación de la termodinámica a la petrología; régimen de temperatura y1992. presión en laS.cordillera Apalachiana. Hatten Yoder, petrología experimental y su aplicación a la paragénesis mineral; estudio de la actividad del agua en el metamorfismo y la petrogénesis de las rocas ígneas; autor de Generación del magma basáltico. 1993. Brian Mason, autor de Principios de geoquímica y de Meteoritos, coautor de Mineralogía.
RAMIFICACIONES DE LA MINERALOGÍA. Para un conocimiento más completo, la Mineralogía se ha ramificado objetivamente en grandes apartados que bien podrían ser, en la actualidad, ciencias totalmente independientes y cada una de ellas se aboca a estudiar un apartado específico de las propiedades de los minerales o bien, enfocarse en el estudio de su srcen, asociaciones y forma de ocurrencia, su uso en las industrias como materia prima o sus aplicaciones como materiales ornamentales.
Si consideramos la definición inicialmente manifestada para la Mineralogía, como la ciencia que estudia a los minerales bajo los conceptos de srcen, estructura interna, forma externa, composición, propiedades físicas y químicas, asociaciones, usos y aplicaciones, se puede establecer que en función de estos conceptos se den las divisiones o ramificaciones de la Mineralogía, siendo principalmente las siguientes: CRISTALOGRAFÍA.- es la ciencia que estudia a los cristales en su estructura interna, forma externa y las leyes que gobiernan su crecimiento. MINERALOGENIA ó MINERALOGÉNESIS.- es el estudio del srcen de los minerales, aplicando los principios básicos de química y termodinámica. Esta ramificación de la Mineralogía establece que los principales procesos de formación de minerales son: a partir de mezclas silicatadas fundidas por sublimación a partir de soluciones acuosas por procesos metamórficos por procesos metasomáticos por procesos de alteración (transformación) MINERALOGÍA FÍSICA.- es el estudio de las propiedades físicas de los minerales. Identificándose las propiedades que están en función de la cohesión, de la luz, propiedades magnéticas y conductividad eléctrica. MINERALOGÍA ÓPTICA.- Dentro de la mineralogía física, una propiedad importante en los minerales es el estudio del comportamiento de las diferentes longitudes de onda a través de ellos, dando lugar a ésta técnica de estudio de los minerales. La cual se puede definir como el estudio de los minerales en sección delgada (30 micras de grosor) bajo el microscopio polarizante o petrográfico. Si el análisis óptico se realiza por el estudio del comportamiento de las longitudes de onda que son reflejadas por los minerales opacos, se establece una ramificación más, conocida como MINERAGRAFÍA, la cual es el estudio de los minerales opacos en sección pulida y bajo el microscopio de reflexión o mineragráfico. MINERALOGÍA QUÍMICA.- estudia los principios químicos generales aplicados a las especies minerales, como son los ensayes por vía seca y por vía húmeda. CRISTALOQUÍMICA.- estudia las relaciones entre la estructura cristalina de los cuerpos y sus propiedades físicas y químicas. MINERALOGÍA SISTEMÁTICA.- clasifica y describe a las especies minerales, considerando su srcen, cristalografía, variedades mineralógicas, propiedades físicas y químicas, asociaciones usos y aplicaciones. MINERALOGÍA DETERMINATIVA.- aplica los conocimientos de Cristalografía, Mineralogía física (óptica y mineragrafía), Mineralogía química y Mineralogía sistemática para la identificación de las especies minerales. MINERALOGÍA ECONÓMICA.- es el estudio de los minerales como materia prima de muchas industrias, ya que su localización, explotación y beneficio juegan un
papel importante en la economía de las naciones. La clasificación mayormente aceptada, para el rendimiento económico de los minerales, está en función de la presencia de un elemento químicamente metálico o combinación de metales y se estudian aparte de los yacimientos o minerales que poseen uno o varios elementos químicamente no metálicos. GEMOLOGÍA.- es el estudio de las gemas y éstas son minerales, mineraloides, minerales orgánicos y sintéticos que por sus cualidades de color, brillo y forma nos parecen bellos. En general las gemas y piedras preciosas son aquellos minerales y mineraloides escasos y con dureza mayor a siete, utilizados con fines ornamentales.
MINERALOGÍA SISTEMÁTICA La Mineralogía Sistemática clasifica y describe, en función de la cristalografía y de las propiedades físicas y químicas, a las diferentes especies minerales considerándolas dentro de grupos más o menos armoniosos, así como el estudio del srcen, asociaciones, usos y aplicaciones. La clasificación mineralógica universalmente aceptada está en función de la composición química, por lo tanto ésta clasificación será empleada para la descripción de cada clase mineralógica y a su vez de las especies que la constituyen.
CLASIFICACIÓN MINERALÓGICA EN FUNCIÓN DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA MINERALES NATIVOS SULFUROS (S)+2 +4 +6 -2 SULFOSALES (S)+2 +4 +6 -2 TELUROS (Te)+2 +4 +6 ÓXIDOS (O)-2 -1
HIDRÓXIDOS HALOGENUROS CARBONATOS NITRATOS BORATOS SULFATOS TUNGSTATOS MOLIBDATOS FOSFATOS ARSENIATOS VANADATOS SILICATOS
-1 (OH)
(F) ,(Cl)-1 ,(Br)-1 ,(I)-1 (CO3)-2 (NO3)-1 (BO3)-3 (SO4)-2 (WO4)-2 (MoO4)-2 (PO4)-3 (AsO4)-3 (VO4)-3 (SiO4)-4
Desde los minerales nativos hasta los silicatos, cada una de éstas divisiones son consideradas clases mineralógicas , las cuales se encuentran en función de la naturaleza química; las clases se encuentran subdivididas en familias, en donde la base de éstas son las propiedades químicas en común, las familias se dividen a la vez en grupos, que están denotados por las similitudes cristalográficas; los grupos están conformados por
especies, que son consideradas como la mínima expresión mineralógica con propiedades físicas y químicas definidas; a su vez, las especies pueden estar conformando series isomorfas (soluciones sólidas) o variedades, siendo una variedad el hecho de que una especie mineral se presente en la naturaleza en formas o coloraciones diversas. A continuación se describen las propiedades generales representativas de cada clase y de las especies mineralógicas más importantes y/o abundantes de cada una de ellas.
MINERALES NATIVOS Son aquellos minerales que se encuentran sin combinación en la naturaleza, y estos pueden ser divididos en tres familias:
Familia de los metales metales Grupo del oro oro plata cobre mercurio diamante Grupo del platino platino Grupo del fierro fierro
Familia de los semimetales
Grupo arsénico arsénico bismuto
Familia de los no azufre grafito
Los minerales nativos metálicos son los que poseen la mejor conductividad eléctrica y térmica, al ser pulidos tienen un fuerte brillo metálico debido a su gran poder de reflexión. La mayor parte de ellos presentan un color blanco de estaño o de plata y evidente es el color del cobre y del oro, el peso específico en cada uno es elevado, carecen exfoliación, fractura de ganchuda a irregular, además de ser séctiles, dúctiles,de maleables y de tienen baja dureza. Los minerales semimetales poseen propiedades tanto de los metales como de los no metales, por lo que son parcialmente conductores y de brillo metálico, presentan un tipo de enlace químico intermedio entre metálico y covalente; la característica distintiva de ellos es que son friables. Las especies mineralógicas que componen a la familia de los minerales nativos no metálicos son muy diferentes a los metales y semimetales; el azufre se presenta comúnmente en color amarillo verdoso y de brillo resinoso y bajo punto de fusibilidad; el diamante posee un tipo de enlace químico covalente, se identifica por su gran dureza y tipo de brillo adamantino; el grafito, que junto con el diamante forman los dos polimorfos del carbono, se caracteriza por su baja dureza, marca el papel y por la presencia de exfoliación.
Los minerales nativos son localizados fundamentalmente en yacimientos hidrotermales, en rocas ígneas ácidas, básicas y ultrabásicas, rocas metamórficas, conos volcánicos y en depósitos aluviales en forma de yacimientos de plácer. A esta clase pertenecen los metales preciosos (Pt, Au, Ag) y una de las principales piedras preciosas (diamante).
Los usos y aplicaciones principales de los minerales nativos son los siguientes: Acuñación de monedas, joyería y fines ornamentales Instrumentos científicos y conductores eléctricos Emulsiones fotográficas y manufacturación de aleaciones Aplicaciones odontológicas En la industria química para elaborar insecticidas, fertilizantes y vulcanización del caucho, así como la obtención del H2SO4 y H2S Abrasivos, pulimentadores y herramientas de corte Lubricante, manufacturación de aleaciones, crisoles, electrodos y lápices para escribir
SULFUROS Los sulfuros son considerados químicamente como los compuestos del azufre con los metales. Les corresponde un número considerable de minerales de importancia económica y constituyen de manera importante a muchos yacimientos de minerales metálicos. Los elementos que conforman compuestos típicos con el azufre son: Zn, Pb, Cu, Ag, Ni, Co, Mo, Hg, As, Sb, Fe, Mn Los sulfuros constituyen una clase importante de minerales que incluye a la mayoría de los minerales mena de donde se extraen casi todos los metales no ferrosos. La gran mayoría son de opacos, colores distintivos y su color de raya es muy característico. El tipo enlacepresentan químico de muchos de ellos es iónico y covalente. La propiedad química que identifica a los sulfuros, es su reacción con el ácido clorhídrico diluido al 10%, en donde se libera ácido sulfhídrico y éste es identificado por su olor muy particular. La mayoría de los sulfuros presentan brillo metálico a submetálico, solo el cinabrio, oropimente y rejalgar tienen brillo no metálico. La gran cantidad de compuestos de azufre se observa en los yacimientos de srcen hidrotermal, dando lugar a la hipótesis de que los metales pesados emanan de los focos magmáticos bajo la forma de compuestos volátiles o muy móviles y se depositan en condiciones de baja temperatura y presión. En condiciones distintas se srcinan los sulfuros en las rocas sedimentarias arcillosas, así como en aluviones bituminosos y carbonosos, en donde es común la pirita y marcasita, las cuales son formadas en condiciones reductoras y en presencia de ácido sulfhídrico srcinado por la descomposición de las sustancias proteínicas de la materia orgánica y en muchos casos por la participación de bacterias.
Los principales sulfuros son los siguientes:
calcocita galena calcopirita cinabrio
bornita esfalerita pirrotina rejalgar
oropimente pirita molibdenita acantita millerita covellita
estibinita marcasita arsenopirita alabandita pentlandita cobaltita
El principal uso y/o aplicación de los sulfuros es la obtención de los metales que contienen, ya que la gran mayoría de ellos son menas principales de plata, cobre, plomo, zinc, mercurio, arsénico, antimonio y molibdeno.
SULFOSALES Las sulfosales son consideradas como las sales de los hipotéticos ácidos del azufre. Las sales se pueden considerar como formadas químicamente por la reacción de una base con un ácido, esto es por la neutralización del ácido. De ésta manera y como un ejemplo, el hidrato de calcio y el ácido sulfúrico dan sulfato de calcio y agua: Ca(OH)2 + H2SO4 (BASE)
CaSO4 + 2H2O (ACIDO)
(SAL)
Entonces, la sal puede describirse sencillamente como formada por un ácido al que se le sustituyen uno o los átomos de hidrógeno por un elemento metálico o radical. Para la formación de las sulfosales de plata el azufre toma el lugar del oxígeno, de tal forma que el ácido sulfoarsenioso normal tiene la fórmula H 3AsS3 , y la correspondiente sal de plata Ag 3AsS, que corresponde a la proustita. De igual forma, la sal de plata del ácido análogo de antimonio es Ag 2SbS3 que corresponde a la pirargirita. De los ácidos comunes conocidos se puede derivar una serie de otros ácidos hipotéticos como el HAsS2 , HAsS5 y otros, no se tiene conocimiento de que existan estos ácidos, pero sus sales son minerales importantes. Como ejemplo podemos cita a la jamesonita (Pb2Sb2S5) como una sal del ácido H 4Sb2S5 Existe una gran cantidad de minerales pertenecientes a esta clase, mas sin embargo, en su composición química solo un reducido número de componentes participa; siendo las sulfosales de cobre, plata y plomo las más comunes en la naturaleza.
Las propiedades físicas de las sulfosales en comparación con los sulfuros poseen, en su gran mayoría, una dureza menor y son descompuestas con mayor facilidad por los ácidos. La clasificación de las sulfosales se establece en tres grandes grupos de acuerdo con los metales en su composición química:
Sulfosales de cobre tetraedrita enargita tennantita
Sulfosales de plata serie de las platas rojas proustita pirargirita
Sulfosales de plomo jamesonita boulargerita bournonita
La génesis, los usos y las aplicaciones para estas especies minerales de las sulfosales, son las mismas que para los sulfuros.
TELUROS Y ARSENIUROS Estas clases, no aceptadas por varios autores, se encuentran generalmente asociadas a los sulfuros y a las sulfosales. Las especies que las representan son pocas y no muy comunes, pero de gran importancia económica por los elementos que contienen. Los teluros son la combinación del elemento telurio con ciertos metales con los que encuentra afinidad química. calaverita silvanita hessita Los arseniuros, son la combinación química de ciertos metales con el elemento arsénico. niquelina cobaltita skutterudita
OXIDOS Los óxidos incluyen a todos los compuestos naturales en donde el oxígeno está combinado con uno o más metales. Estos han sido agrupados como óxidos simples y óxidos múltiples. Los óxidos simples están compuestos de un metal y un oxígeno y los óxidos múltiples tienen dos o más elementos metálicos en combinación con el oxígeno. Los óxidos son un grupo de minerales que son relativamente duros y densos que se encuentran como accesorios en las rocas ígneas y metamórficas y como detritos en los sedimentos. El oxígeno forma diferentes compuestos químicos con los siguientes elementos; la combinación de estos elementos con el oxígeno da lugar s la formación de óxidos simples, óxidos múltiples e hidróxidos:
H, Fe, Si, Cu, Mn, Al, Mg, Ca, Ba, Ti, Cr, W, U, Co, Ni, Zn, Hg, Sn, As, Sb, Bi De la totalidad de los óxidos en la corteza terrestre, la sílice (SiO 2) presenta mayor cantidad de éstos, enseguida se tienen a los óxidos de fierro, óxidos de
manganeso, titanio, estaño y cromo que son considerados de gran importancia económica.
Los principales óxidos son: SILICE
cuarzo Variedades Fenocristalinas Variedades Microcristalinas/Fibrosas cristal de roca calcedonia amatista crisoprasa rosa ágata citrino carneola morión ónix lechoso sardónix con inclusiones heliotropo - - rutilado Variedades Granulares pedernal - - venturina jaspe - - ojo de tigre ópalo precioso, de fuego, común, xilópalo, hialita tridimita cristobalita coesita OXIDOS
cuprita uraninita zincita crisoberilo columbita
Grupo de la hematita corindón hematita ilmenita Grupo del rutilo rutilo pirolusita casiterita
Grupo de las espinelas espinela gahnita magnetita franklinita cromita
HIDROXIDOS Es la combinación de los metales con el grupo oxidrilo (OH) - que sustituye parcial o totalmente a los iones de oxígeno en los óxidos simples, o bien un elemento metálico de los óxidos múltiples es sustituido por hidrógeno.
La masa fundamental de los distintos hidróxidos se encuentra en las capas superiores de la corteza terrestre en el límite con la atmósfera que contiene oxígeno libre. La profundidad de penetración del oxígeno en la corteza terrestre se ve controlada en la mayoría de los casos por el nivel de las aguas subterráneas, siendo también de importancia el agua meteórica que se filtra, llevando consigo al oxígeno y al bióxido de carbono que lleva disuelto. La mayoría de los hidróxidos se forman en la zona de oxidación de los yacimientos preexistentes y en general en la zona de meteorización. Todos los hidróxidos tienden a deshidratarse, esto es, perder el agua de cristalización o intersticial retenida durante su formación cuando son expuestos a un ambiente de aire seco, o bien cuando son calcinados en tubo abierto o cerrado. Entre los hidróxidos existen varios minerales de importancia económica, consistiendo en menas principales de fierro, manganeso y aluminio. Los principales hidróxidos son: brucita manganita psilomelano (romanechita) goethita bauxita (diáspora, gibbsita, bohemita)
HALOGENUROS Son la combinación de los elementos halógenos (F, Cl, Br, I) con los elementos metálicos principalmente. Esta cloruros, clase mineralógica encuentra específicamente constituida los fluoruros, bromuros yse por los ioduros. Corresponden a estaporclase aproximadamente 85 especies, de las cuales solo se detallan las más abundantes. Los elementos que se combinan químicamente para conformar a los halogenuros son los siguientes: Na, K, Mg, Ca, Mn, Fe, Ni, Cu, Ag, Hg, Pb, Bi. Los halogenuros presentan enlace químico típicamente iónico, con dureza relativamente baja, en estado sólido son malos conductores de la electricidad y del calor, presentando esta propiedad cuando se encuentran en solución. La combinación de los iones halógenos con cationes metálicos, genera a los siguientes halogenuros. FLUORUROS Fluorita Criolita
CLORUROS Halita Silvita
BROMUROS Bromargirita
IODUROS Iodargirita
Carnalita Clorargirita Atacamita Generalmente los halogenuros son srcinados por precipitación química, siendo algunos otros por alteración, enriquecimiento supergénico y por hidrotermalismo. El mayor uso de estos minerales es en la industria; como fundentes, fertilizantes, preparación de vidrios y porcelanas, obtención de los ácidos correspondientes. En la preparación electrolítica del aluminio Son fuente secundaria de plata, cobre y aluminio.
CARBONATOS Esta clase esta constituida por un número considerable de especies minerales, de las cuales muchas se hallan relativamente muy propagadas en la naturaleza. Esto se refiere básicamente al carbonato de calcio, el cual constituye con frecuencia potentes capas de srcen sedimentario. Muchas veces, los carbonatos están asociados a minerales metalíferos en los yacimientos, en otros casos ofrecen interés industrial como materiales de importantes metales, por ejemplo el manganeso (rodocrosita) y fierro (siderita). El radical carbonato (CO3) puede formar compuestos más o menos estables con cationes de metales, los principales son: Mg, Fe, Zn, Ca, Mn, Sr, Pb, Ba, Cu. Los carbonatos poseen dureza que oscila entre 3 y 5. Son solubles en agua. A excepción de los carbonatos de cobre, que son de color azul o verde, todos los demás son de color blanco o presentan coloraciones pálidas. Como propiedad distintiva de esta clase, cabe mencionar la efervescencia con los ácidos, aunque en algunos de ellos no se manifiesta a simple vista, lográndose observar dicha efervescencia cuando es pulverizado el mineral, o calentando el ácido, generalmente ácido clorhídrico diluido al diez por ciento. •
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El srcen de los carbonatos se debe a los siguientes procesos, entre otros. Yacimientos hidrotermales Procesos de meteorización Procesos de evaporación – precipitación Por segregación de organismos
La importancia práctica de los carbonatos puede resumirse en los siguientes usos:
Fabricación de distintos aparatos ópticos
Son minerales ornamentales Como fundentes en procesos metalúrgicos Fabricación de cemento y cal Materiales de construcción Fabricación de refractarios Menas de fierro, manganeso, zinc, plomo y cobre Fabricación de pinturas
Los principales carbonatos son los siguientes:
Grupo de la calcita Calcita Magnesita Siderita Rodocrosita
Grupo del aragonito Aragonito Witherita Estroncianita Cerusita
GrupoSmithsonita de la dolomita
Carbonatos hidratados
Dolomita Ankerita
Malaquita Azurita
SULFATOS Son la combinación química de los elementos con el radical sulfato (SO4), este radical es formado a partir del azufre en condiciones muy oxidantes. La formación de sulfatos puede tener lugar únicamente en condiciones oxidantes y a temperaturas relativamente bajas. Estas condiciones son encontradas cerca de la superficie de la corteza terrestre, por lo tanto no se encuentran como minerales magmatógenos, en las rocas eruptivas ni en las rocas metamórficas de profundidad. Los principales elementos que existen en combinación con el radical sulfato son los siguientes:
Ba, Sr, Pb, Ca, Mg, K, Cu. Algunos sulfatos son hidratados, esto es, revestidos por una capa de moléculas de agua (agua de cristalización). Presentan enlace iónico y covalente. La dureza es relativamente baja, siendo aún mas en los sulfatos hidratados, son solubles en agua y en general sus propiedades físicas y químicas dependen del catión dominante.
La génesis de los sulfatos es debida a los siguientes procesos:
Yacimientos hidrotermales Evaporación – precipitación Zonas de oxidación de yacimientos de sulfuros Corteza de meteorización
Los principales usos y aplicaciones de los sulfatos son los siguientes:
En la industria química Cerámicas y vidrios especiales Industria papelera Fabricación de cemento Densificante en los fluidos de perforación Menas principales de estroncio y plomo Procesos metalúrgicos
Los principales sulfatos son: Sulfatos Anhidros Barita Celestita Anhidrita Anglesita
Sulfatos Hidratados Yeso Alunita Calcantita Epsomita Antlerita
BORATOS
ARSENIATOS
Borax Colemanita Ulexita Kernita
Eritrina Adamita Legrandita
VANADATOS
FOSFATOS
Vanadinita Carnotita
TUNGSTATOS
Wolframita Scheelita NITRATOS
Nitro Nitratina
Apatito Piromorfita Turquesa Autunita Monacita Wavellita MOLIBDATOS
Wulfenita
CROMATOS
Crocoita
El estudio de los yacimientos minerales requiere el examen de un gran número y tipos de distritos mineros; sus semejanzas y diferencias deben ser anotadas y descritas. Agrupando juntamente los yacimientos con características similares facilita la descripción y, como es de esperar, permite generalizaciones en lo que concierne a la génesis y localización mineral. Para que pueda usarse, una clasificación debe ser lo más simple posible, especialmente si tiene que usarse en el campo durante el examen de una mina y para la cartografía. Se han hecho muchos intentos para clasificar los yacimientos minerales desde los primeros esbozos de Agrícola; sin embargo, la mayoría fueron abandonados ya que eran en gran parte engorrosos y restrictivos y no podían aplicarse en el campo. Algunos tipos de yacimientos minerales gradan en otros y sus límites genéticos no pueden definirse de un modo preciso; por lo tanto, la clasificación debe ser flexible. Por ejemplo, en muchos distritos mineros de los Estados Unidos, tales como Butte, Montana, la mineralización en las partes externas del área fue depositada a temperaturas y presiones relativamente bajas, mientras que la mineralización en el centro del distrito se formó a temperaturas y presiones un poco mayores. Es imposible clasificar el distrito solamente en una categoría; no obstante, el distrito está colocado en la categoría que se aplica a la mayor parte d los yacimientos. Mientras que los intentos pasados en la clasificación han hecho énfasis en la forma, textura y en el contenido mineral y asociaciones de los yacimientos minerales, las clasificaciones más modernas se desarrollan sobre las teorías de la génesis y medios de deposición. Desde los primeros tiempos se reconoció que se podía hacer una clara distinción entre ciertos tipos de menas sedimentarias y otras asociadas con procesos ígneos. Incluso la división en tipos ha sido difícil, ya que los geólogos no pueden ponerse de acuerdo entre ellos mismos en cuanto al srcen de muchos yacimientos. No se ha propuesto ninguna clasificación aceptable de los yacimientos minerales y en la actualidad hay tres sistemas de uso común. Los europeos están a favor de la clasificación vulcánico-plutónica de Niggli y de la clasificación mena-asociación de Schneiderhöhn. El esquema más ampliamente usado en los Estados Unidos es la clasificación profundidad-temperatura de Lindgren. Estas tres clasificaciones fueron desarrolladas cada una durante la primera parte de este siglo cuando los tipos más frecuentes de yacimientos minerales eran los filones. Tales yacimientos como los sulfuros masivos asociados con masas volcánicas, yacimientos diseminados de cobre y molibdeno y yacimientos estratiformes del tipo de Mississippi Valley, si bien conocidos, su valor económico era bastante inferior que el actual.
Al mismo tiempo, despertaban poco interés científico. Los estudios modernos han proporcionado una gran cantidad de información y es necesario una revisión y modernización de las antiguas clasificaciones. Niggli (1929) agrupó las menas epigenéticas en volcánicas, o próximas a la superficie, y plutónicas, o de asentamiento profundo. Los yacimientos plutónicos son divididos en hidrotermales, pegmatíticos-neumatolíticos y subgrupos ortomagmáticos, dependiendo de si las menas se formaron a partir de líquidos o de gases, o como productos directos de cristalización dentro del magma. La clasificación final está basada en asociaciones químicas y asociaciones mena-mineral. Un esquema de la clasificación de Niggli se da en la tabla 1. Se puede ver que este sistema clasifica los yacimientos en base a su génesis y mineralogía. Por ejemplo, se distingue entre yacimientos volcánicos de oro y yacimientos plutónicos de oro o entre menas hidrotermales de cobre y menas neumatolíticas de cobre. Fundamentalmente, esta clasificación difiere poco de la de Lindgren. La mayor parte de los criterios utilizados en la clasificación de Niggli son aplicables en la de Lindgren. Pero ya que los fluidos de alta presión por encima del punto crítico no son ni gases ni líquidos, la distinción neumatolítico-hidrotermal es artificial. Desafía la aplicación de campo, ya que un yacimiento mineral que se forme a partir de minerales transportados en medio gaseoso no puede distinguirse de los formados a partir de materiales transportados en medio líquido.
Tabla 1 – Clasificación de Niggli de los yacimientos minerales. I.
Plutónico o intrusivo
A. Ortomagmático 1. 2.
Diamante, platino-cromo Titanio-hierro-níquel-cobre
A. Neumatolítico a pegmatítico 1. 2. 3.
Metales pesados-alcalino térreos-fósforo-titanio Silicatos-álcalis-fluoro-boro-estaño-molibdeno-wolframio Asociaciones turmalina-cuarzo
A. Hidrotermal 1. Hierro-cobre-oro-arsénico 2. Plomo-cinc-plata 3. Níquel-cobalto-arsénico-plata 4. Carbonatos-óxidos-sulfatos-fluoruros I. A. B. C. D. E.
Volcánico o extrusivo Estaño-plata-bismuto Metales pesados Oro-plata Antimonio-mercurio Cobre nativo
F. Volcanes subacuáticos y depósitos bioquímicos Schneiderhöhn (1941) clasificó los yacimientos minerales de acuerdo a : 1) la naturaleza del fluido mineral; 2) las asociaciones minerales; 3) distinción entre deposición cercana a la superficie y deposición profunda, y 4) el tipo de deposición, huésped o ganga. La categoría significativa en esta clasificación es el grupo segundo, asociaciones minerales. Schneiderhöhn propuso una lista detallada de asociaciones minerales típicas, clasificándolas según los tipos
de mena, huésped y ganga encontrada en cada una. Las categorías principales de su clasificación se reproducen en la tabla 2.
Tabla 2 – Clasificación de Schneiderhöhn de los yacimientos minerales. I. II.
Yacimientos intrusivos y líquido-magmáticos Yacimientos neumatolíticos A. Filones pegmatíticos B. Filones neumatolíticos e impregnaciones C. Reemplazamientos neumatolíticos de contacto
I.
Yacimientos hidromertales A. B. C. D. E. F. G. H.
I.
Asociaciones de oro y plata Asociaciones de pirita y cobre Asociaciones plomo-plata-cinc Asociaciones plata-cobalto-níquel-bismuto-uranio Asociaciones estaño-plata-wolframio-bismuto Asociaciones antimonio-mercurio-arsénico-selenio Asociaciones de no sulfuros Asociaciones de no metales
Yacimientos exhalativos
El sistema de Schneiderhöhn es conocido en Europa y defendido por muchos americanos. Noble (1955) sostiene que es la mejor clasificación genética ya que las asociaciones minerales representan asociaciones metálicas en los fluidos formadores de las menas. Aunque los esquemas de Schneiderhöhn y Lindgren tienen semejanzas fundamentales, sin embargo, difieren en el énfasis. Según el sistema de Schneiderhöhn, un yacimiento que no se adapte a ninguna de las asociaciones dadas mena-mineral o sus subdivisiones es rápidamente clasificado formando solamente un nuevo grupo o subdivisión. El éxito de este sistema para uso de campo, sin embargo, es inversamente proporcional al número de grupos principales necesitados para acomodar todos los yacimientos minerales; es decir, cada nueva categoría que se necesite debilita la clasificación. Un ejemplo más detallado del sistema de Schneiderhöhn (para el grupo III A) es como sigue: III. Yacimientos hidrotermales. B. Asociaciones de oro y plata. 0.
Cortejo hipoabisal (asentamiento profundo).
. . . .
Filones catatermales de oro-cuarzo (equivalente a hipotermal). Yacimientos de impregnación llevando oro en rocas silicatadas. Yacimientos de reemplazamiento llevando oro en rocas carbonatadas. Yacimientos mesotermales de oro-plomo-selenio.
0.
Cortejo subvolcánico (cercano a la superficie).
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Filones epitermales propilíticos de oro-cuarzo y filones de plata-oro. Filones epitermales de oro-teluro. Filones epitermales de oro-selenio. Yacimientos aluníticos de oro. Yacimientos epitermales de plata.
Lindgren introdujo sus sistema de clasificación (tabla 3) en 1913; se usa hoy día casi en su forma srcinal (Lindgren, 1933). Se han añadido términos tales como "teletermal" (Graton, 1933) y "exotermal" (Buddington, 1935). Ridge (1968) reconoció la necesidad de revisión, si bien conservó los principios básicos de Lindgren.
El sistema de Lindgren está considerado como el mejor para uso en el campo. Una modificación que parece esencial es una atenuación del papel del magma. Por consiguiente, en la tabla 8-3, el srcen del calor no se especifica. El término "hidrotermal" significa simplemente "agua caliente" y no implica asociación magmática. Tal cambio en el sistema de clasificación fue sugerido por K.L. Williams y se adapta bien con los descubrimientos de los estudios de inclusiones fluidas e isotópicos. Las denotaciones de temperatura y presión en el esquema de Lindgren son a lo más solamente aproximadas y sujetas a modificación constantes. Por ejemplo, aunque la mayor parte de la metalización eniniciales los yacimientos tiene lugarpueden posiblemente entre loslímites. 300º y 200º C, los estados y finales mesotermales de la deposición mineral pasar de estos
Tabla 3 - Clasificación de Li ndgren de los yacimientos mi nerales, modificados. A. Depósitos producidos por procesos químicos de concentración; las temperaturas y presiones varían entre límites amplios. .
En magmas de procesos de diferenciación.
0.
0.
Yacimientos propiamente magmáticos, yacimientos de segregación magmática, yacimientos por inyección. Temperaturas entre 700º y 1500º C; presiones muy altas Pegmatitas. Temperatura muy alta a la moderada, presión muy alta.
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En formación de rocas
0.
Concentración efectuada por introducción de sustancias extrañas a las rocas (epigenético) . .
Origen dependiente de la erupción de rocas ígneas. Yacimientos vulcanogénicos asociados normalmente a acumulaciones volcánicas. Temperaturas entre 100º y 600º C; presión atmosférica o moderada. A partir de masas efusivas. Sublimados, fumarolas. Temperatura de 100º a 600º C; presión atmosférica o moderada. A partir de masas efusivas. (Yacimientos ígneo metamórficos). Temperaturas oscilando probablemente entre 500º y 800º C; presión muy alta.
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Por aguas calientes ascendentes de srcen incierto, probablemente magmáticas, metamórficas, oceánicas, connatas o meteóricas. Yacimientos hipotermales. Deposición y concentración a grandes profundidades, temperatura y presión elevadas. Temperatura entre 300º y 500º C. Presión muy alta. Yacimientos mesotermales. Precipitación y concentración a profundidades intermedias. Temperatura de 200º a 500º C; presión alta. Yacimientos epitermales. Precipitación y concentración a poca profundidad. Temperatura de 50º a 200º C; presión moderada. Depósitos teletermales. Precipitación a partir de "soluciones gastadas". Temperatura y presiones bajas; es el término más alto del rango hidrotermal.
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Depósitos xenotermales. Precipitación y concentración a profundidades someras, pero a temperaturas altas. Temperatura alta a baja; presión moderada a atmosférica. .
Origen por aguas meteóricas circulando a profundidades moderadas o ligeras. Temperatura superior a 100º C; presión moderada.
0.
Por concentración a sustancias contenidas en el propio conjunto geológico. . . .
Concentración por metamorfismo dinámico o regional. Temperatura superior a 400º C; presión alta. Concentración por agua subterránea de circulación más profunda. Temperatura 0º a 100º C; presión moderada. Concentración por desintegración de las rocas y alteración residual cerca de la superficie. Temperatura 0º a 100º C; presión moderada o atmosférica.
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En medios acuosos
0.
Vulcanogénicos. Emanaciones termales submarinas asociadas con vulcanismo. Temperaturas altas a moderadas; presión baja a moderada. Por interacción entre soluciones. Temperatura de 0º 70º C; presión moderada
0.
. . 0. I.
Reacciones inorgánicas. Reacciones orgánicas.
Por evaporación de los disolventes.
Yacimientos producidos por procesos mecánicos de concentración. Temperatura y presión moderada a baja.
Ninguno de estos criterios son infalibles; debido a la complejidad y variabilidad de los factores involucrados, los minerales que normalmente se forman en una zona también se forman en otros lugares, a presiones y temperaturas más altas o más bajas. Las zonas deposicionales se caracterizan por ciertas asociaciones de minerales de mena y minerales de ganga (Schneiderhöhn, 1941; Niggli, 1929), así como por la presencia de ciertos productos de alteración de la roca encajante. Algunos minerales, tales como el cuarzo, feldespatos y pirita, tienen amplios rangos de estabilidad y persisten desde las zonas más profundas a las zonas más someras. Las texturas minerales pueden indicar el ambiente de profundidad-temperatura; por ejemplo, los geólogos creen que el bandeado rítmico de grano fino de algunas menas de oro se desarrolla bajo condiciones próximas a la superficie. Las texturas oolíticas y los yacimientos coloidales generalmente se atribuyen también a presiones y temperaturas bajas. Aunque el conocimiento de la termometría geológica es útil, se debe usar con mucha precaución. Los yacimientos minerales que parecen ser el resultado de la granitización encajarán también en la clasificación de Lindgren, puesto que no se considera el srcen último de los metales: cada categoría se define por las condiciones ambientales en el tiempo y lugar de la deposición final. A pesar de su aparente simplicidad y amplitud, la clasificación de Lindgren ha tenido numerosas críticas, particularmente la categoría "en cuerpos de roca" (IB). A la luz de las ideas modernas, especialmente aquellas obtenidas de estudios de inclusiones fluidas y de estudios isotópicos, muchas de estas críticas están justificadas. En cuanto a su permanente utilidad, cualquier sistema de clasificación debe ser capaz de reflejar nuevos hallazgos, debe ser revisable. El criticar el sistema de Lindgren solamente porque deja sin clasificar un yacimiento particular no es más válido que el discutir que un batolito de granodiorita no puede ser así clasificado porque contiene algo de cuarzo monzonita. Mientras que la clasificación se entienda, se modernice y se reconozcan sus límites, continuará siendo significativa y útil. Las zonas Lindgren basan comúnmente minerales sin tener mucho en cuenta susderangos de se estabilidad. Así, pues,enlalos pirrotina y lapresentes arseniopirita se consideran frecuentemente como minerales de alta temperatura, lo cual verdaderamente puede ser. Incluso sabemos ahora que la pirrotina puede existir en la forma monoclínica y hexagonal, y que las condiciones de la deposición varían mucho. Muchos minerales que Lindgren consideró que se formaban a temperaturas altas se sabe hoy que se forman también a temperaturas bajas, especialmente a través de largos períodos de tiempo geológico. Cuando se acumulan
los datos sobre el equilibrio de fases y estabilidad de los minerales y cuando la geotermometría se van refinando, entonces irán variando las asociaciones minerales propias de una zona con una profundidad determinada. Muchos yacimientos probablemente serán clasificados otra vez, y los límites de temperatura de las zonas hipotermal, mesotermal y epitermal, refinados y redefinidos. Se ha hecho una crítica más al sistema de Lindgren debido a la incertidumbre de lo que exactamente se entiende por "alto", "medio" y "bajo" cuando se aplicaba a temperaturas y presiones. Noyes necesario de estos términos. mismo modo, cuando las temperaturas presiones deun unrefinamiento fluido hidrotermal cambian, las Del menas de un cuerpo mineral simple (o incluso de una muestra) pueden representar más de una de las categorías de la tabla. Esto es un problema serio de clasificación, pero parece inevitable en el intento de describir los complejos procesos de formación de menas. La temperatura y la presión en la zona hipotermal permanecen ordinariamente altas a lo largo de la deposición mineral, pero en zonas someras los minerales de baja temperatura pueden estar sobre impuestos sobre filones de temperatura más alta. Del mismo modo, no es raro descubrir que un conjunto mineral de alta temperatura haya sido fracturado y subsecuentemente atravesado por un fluido mineral más frío. En la práctica, tal yacimiento se asigna a una zona particular de Lindgren de acuerdo a su conjunto mineral dominante. Originalmente, la clasificación de Lindgren atendió a la presión y temperatura como variables dependientes, pero de hecho pueden variar independientemente. Buddington (1935) señaló nueve categorías posibles para zonas de profundidad-temperatura; éstas representan una combinación de valores de temperatura y presión altos, intermedios y bajos. Aunque las altas temperaturas cerca de la superficie son completamente razonables en las proximidades de un plutón, es tal vez irrazonable esperar condiciones de superficie a grandes profundidades. Buddington introdujo el término xenotermal para representar yacimientos de alta temperatura que se forman cercanos a la superficie. No es práctico el distinguir el total de los nueve tipos de yacimiento en el campo, pero el xenotermal se usa bastante actualmente. La clasificación de Lindgren no tiene en cuenta la química de las rocas encajantes que son indudablemente un factor fundamental en la deposición mineral. Teóricamente esto sería indiferente ya que la profundidad y temperatura son los únicos parámetros usados. Pero se srcina un problema cuando las menas son precipitadas prematuramente con respecto a su medio normal de profundidad-temperatura. Algunos yacimientos ígneo metamórficos pueden, por criterios de profundidad-temperatura, encajar en la zona hipotermal de Lindgren o incluso en la zona mesotermal (Stone, 1959, pág. 1028), estando solamente la diferencia en que el yacimiento yace dentro de un huésped de carbonato más bien que en una roca regional menos reactiva. Estas diferencias sugieren que la clasificación de Schneiderhöhn es más apropiada donde la deposición mineral ha sido controlada por diferencias químicas entre los fluidos hidrotermales y las rocas encajantes, mientras que la clasificación de Lindgren va mejor cuando la deposición mineral ha estado controlada tanto por la presión como por la temperatura. Schmitt (1950a) observó que las gradaciones entre zonas no son tan frecuentes como uno se podía esperar; las gradaciones faltan entre las zonas epitermales y mesotermales, y entre yacimientos de pegmatitas e hipotermales. La ausencia de estas gradaciones nunca ha sido adecuadamente explicada. Sin embargo, se conocen algunos ejemplos de tales gradaciones, y es probable que cuando aumente nuestro conocimiento sobre las condiciones físicoquímicas que controlan la deposición mineral, se podrá ofrecer una explicación favorable. Schmitt (1950b) también propuso un gráfico de clasificación con la ordenada y abscisa definida por los factores de profundidad y temperatura. Este método, si bien más preciso, requiere una información que no es fácilmente obtenida en el campo. Aunque la clasificación de Lindgren es el modelo en los Estados Unidos, la mayoría de los yacimientos son también clasificados por el contenido en metales, la forma, reemplazamiento o relleno de cavidades, y así sucesivamente. Por ejemplo, un yacimiento diseminado de cobre es solamente uno de los muchos tipos posibles en la categoría mesotermal; una chimenea mineral de plomo-cinc puede ser hipotermal, mesotermal o epitermal, dependiendo del yacimiento en cuestión.
Lovering (1963) introdujo los términos diplogenético y litogenético en el sistema de clasificación. "Diplogenético" se propuso para yacimientos que son en parte singenéticos y en parte epigenéticos. Aunque el término se refiere primariamente al tiempo, en cierto sentido se refiere también al espacio; no lleva ninguna implicación del srcen de los constituyentes o del método de formación. Un ejemplo de un yacimiento diplogenético dado por Lovering es uno en el que el catión singenético se une con el anión epigenético para reemplazar la caliza por fluorita. El segundo término de Lovering, "litogenético", se aplica a la movilización de los elementos de una roca sólida y su transporte y deposición en otra parte. Los yacimientos litogenéticos se derivarían de la acción de fluidos magmáticos, metamórficos o meteóricos. La clasificación genética de Lindgren de yacimientos minerales está estrechamente relacionada al zonado y a la paragénesis. Teóricamente, las zonas de profundidad-temperatura pueden corresponder a las actuales zonas mineralógicas, como en Cornualles, Inglaterra. Similarmente, las zonas de alta densidad corresponden a la fase paragenética más temprana de un distrito. Zonado, paragénesis y clasificación genética son todas expresiones del mismo fenómeno y no pueden propiamente separarse unas de otras. Esto constituye una evidencia clara a favor del esquema de clasificación de Lindgren.
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