UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

La Universidad Católica de Loja

ESCUELA DE GEOLOGÍA Y MINAS

Mineralogía

Procesos endógenos, procesos exógenos, minerales en

hidrotermalismo, magmatismo, pegmatitas

Realizado por: José Luis Medina Toledo

Fecha: Jueves, 12 de abril de 2012

Índice. 1. Introducción 2. Mineralogénesis 3. Procesos endógenos o ígneos: 3.1 Plutonismo: 3.2 Volcanismo: 3.4 Procesos pegmatíticos: 3.5 Procesos neumatolíticos e hidrotermales: 4. Procesos exógenos o superficiales: 4.1 La erosión 4.2 El transporte 4.3 La sedimentación detrítica 4.5 La sedimentación química 4.6La sedimentación orgánica 5. Procesos metamórficos: 6. Minerales en magmatismo 6.1 Rocas y yacimientos ortomagmáticos 6.2 Serie de Bowen 6.3 Reacción en Serie de Bowen: 7. Minerales en hidrotermalismo 7.1 Yacimientos hidrotermales 8. Minerales en pegmatitas 8.1 Yacimientos pegmatíticos 9. Minerales en procesos neumatolíticos 9.1 Yacimientos neumatolíticos 10. Referencias

1. Introducción

El origen de los yacimientos minerales puede ser tan variado como lo son los procesos geológicos, y prácticamente cualquier proceso geológico puede dar origen a yacimientos minerales.

En un estudio más restrictivo, hay que considerar dos grandes grupos de yacimientos:

1. Los de minerales, ya sean metálicos o industriales, que suelen tener su origen en fenómenos locales que afectan a una roca o conjunto de éstas,

2. Los de rocas industriales, que corresponden a áreas concretas de esa roca que presentan características locales que favorecen su explotación minera.

2. Mineralogénesis

Los minerales son los productos de los procesos físico-químicos naturales y los componentes de las rocas y diferentes yacimientos.

Los procesos geológicos debido a los cuales se forman los minerales, se dividen por la fuente de energía, en los dos grandes grupos siguientes: endógenos (de origen interno), ligados con la energía interior de la Tierra y formados en los procesos que transcurren a cuenta de la energía térmica interna del globo terrestre y exógenos (de origen externo) ligados con la acción de la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera sobre la litosfera bajo la influencia de la energía del sol.

Los minerales y las rocas que han surgido debido a los procesos endógenos y exógenos, sufren transformaciones llamadas metamorfismo al variar las condiciones termodinámicas y físico-químicas. En este caso nacen nuevos minerales y rocas denominados metamórficos.

A grandes rasgos, los procesos geológicos que dan origen a yacimientos minerales serían los siguientes:

3. Procesos endógenos o ígneos:

Los procesos endógenos se producen en las entrañas de la Tierra y son vinculados con la actividad magmática o las transformaciones metasomáticas de las rocas.

Los procesos endógenos transcurren a la temperatura y presiones altas.

La temperatura de cristalización de las rocas magmáticas, en función de la composición de la masa fundida oscila entre 1200 y 700°C y la presión aproximadamente entre 5500 y 500 kilobars.

La formación de las pegmatitas y las rocas postmagmáticas (metasomáticas) - los skarns y los greisens, los filones minerales hidrotermales, etc. - enlazada con el proceso

magmático se produce a unos valores de T y P considerablemente menores.

Los procesos endógenos son:

3.1 Plutonismo: produce rocas industriales (los granitos en sentido amplio), y minerales metálicos e industriales (los denominado yacimientos ortomagmáticos, producto de la acumulación de minerales en cámaras magmáticas).

3.2 Volcanismo: produce rocas industriales (algunas variedades "graníticas", áridos, puzolanas), y minerales metálicos (a menudo, en conjunción con procesos sedimentarios: yacimientos de tipo "sedex" o volcano-sedimentarios).

3.3 Procesos pegmatíticos: pueden producir yacimientos de minerales metálicos (casiterita) e industriales: micas, cuarzo.

3.4 Procesos neumatolíticos e hidrotermales: suelen dar origen a yacimientos de minerales metálicos muy variados, y de algunos minerales de interés industrial.

4. Procesos exógenos o superficiales:

Los procesos exógenos se producen en la superficie o cerca de la superficie terrestre así como en la atmósfera y la hidrosfera.

Dichos procesos se manifiestan en la destrucción física y química de las rocas, las menas y los minerales y la formación de los minerales estables en condiciones de superficie terrestre.

A éstos pertenecen también los procesos biógenos de mineralogenesis que son vinculados con la actividad de organismos.

Los procesos exógenos son bastante variados. Entre ellos cabe señalar los dos más importantes: los procesos de meteorización y los procesos de sedimentación.

Erosión transporte y sedimentación eólica Fuente: Kalipedia

4.1 La erosión es el proceso por el cual las rocas de la superficie de la Tierra, en contacto con la atmósfera y la hidrosfera, se rompen en fragmentos y sufren transformaciones físicas y químicas, que dan origen a fragmentos o clastos, y a sales, fundamentalmente. Las trasformaciones que implica la erosión pueden dar lugar a yacimientos, que reciben el nombre de yacimientos residuales.

4.2 El transporte de los clastos por las aguas y el viento, y de las sales por el agua, modifica la composición química tanto del área que sufre la erosión como del área a la que van a parar estos productos. Además, durante el propio transporte se producen procesos de cambio físicos y químicos, nuevas erosiones, depósito de parte de la carga transportada, etc.

4.3 La sedimentación detrítica da origen a rocas como las areniscas, y a minerales que podemos encontrar concentrados en éstas, en los yacimientos denominados de tipo placer: oro, casiterita, gemas.

4.4 La sedimentación química da origen a rocas de interés industrial, como las calizas, y a minerales industriales, como el yeso o las sales, fundamentalmente.

4.5 La sedimentación orgánica origina las rocas y minerales energéticos: carbón e hidrocarburos sólidos (bitúmenes, asfaltos), líquidos (petróleo) y gaseosos (gas natural). También origina otras rocas y minerales de interés industrial, como las fosforitas, o las diatomitas, entre otras.

Como ya se ha mencionado, la sedimentación asociada a los fenómenos volcánicos produce yacimientos de minerales metálicos de gran importancia.

Erosión transporte y sedimentación fluvial. Fuente: página Web de la Universidad de Córdoba, Argentina

5. Procesos metamórficos:

El metamorfismo da origen a rocas industriales importantes, como los mármoles, o las serpentinitas, así como a minerales con aplicación industrial, como el granate. No suele dar origen a yacimientos metálicos, aunque en algunos casos produce en éstos transformaciones muy importantes.

Clasificación simple y resumen de procesos endógenos mineralizadores

Proceso Naturaleza del proceso Depósitos típicos

Cristalización Magmática

Precipitación de minerales de mena como constituyentes mayores o menores de rocas ígneas en forma de granos diseminados o segregaciones.

Diamantes diseminados en kimberlitas, tierras raras en carbonatitas. Pegmatitas de Li-Sn-Cs Pegmatitas de uranio de Granitos, basaltos, dunitas, sienitas de nefelina usados como rocas ornamentales.

Segregación Magmática

Precipitación de minerales de mena por cristalización fraccionada y procesos relacionados durante la diferenciación magmática. Inmiscibilidad de líquidos. Precipitación de sulfuros en magmas, fundidos de sulfuros – óxidos u óxidos que se acumulan debajo de silicatos o fueron inyectados en rocas de caja o, en casos raros, eruptados en la superficie.

Capas de cromita Depósitos de Cu-Ni Depósitos de titanio

Hidrotermal

Depositación desde soluciones acuosas calientes, las cuales pueden tener origen magmático, metamórfico, meteórico, marino o de formación (connatas).

Pórfidos cupríferos Vetas auríferas Chimeneas de brecha cupríferas

Metamórfico

Metamorfismo regional y de contacto produciendo minerales industriales. Depósitos irometasomáticos (skarn) formados por remplazo de rocas de caja adyacentes a una intrusión.

Depósitos de andalusita Depósitos de granate Depósitos de Cu Distrito cuprífero Cuerpos de magnetita Depósitos de Talco Vetas de oro y depósitos de Ni diseminados en rocas ultramáficas.

Clasificación simple y resumen de procesos exógenos mineralizadores

Proceso Naturaleza del proceso Depósitos típicos

Exhalativos superficiales; volcanogénicos

Exhalación de soluciones hidrotermales en la superficie, usualmente en condiciones submarinas y originando cuerpos estratiformes de sulfuros metálicos.

Depósitos de metales Depósitos de tipo Kuroko, Mina La Plata, Ecuador; Depósitos de fuentes termales submarinas de los océanos modernos; Mercurio, Depósitos de solfataras (caolín y alunita), Azufreras en volcanes del Norte Grande de Chile.

Sedimentarios

Alóctonos: concentración de minerales pesados y durables en sedimentos clásticos formando placeres. Autóctonos: precipitación de minerales en ambientes sedimentarios adecuados, con o sin la intervención de organismos biológicos.

Arenas de rutilo-circón Placeres de Sn , Placeres de Au. Arenas y gravas de uso industrial. Formaciones de hierro bandeado (BIF) de los Escudos Precámbricos, Depósitos de Mn, Cu, Depósitos de fosfatos

Meteorización

Residuales: lixiviación de los elementos solubles de las rocas dejando concentraciones de elementos insolubles en el material restante. Supérgenos: lixiviación y oxidación de elementos valiosos de la parte superior de depósitos minerales y su precipitación en profundidad con concentraciones más altas. Exóticos: lixiviación de elementos metálicos de depósitos primarios y transporte en solución en aguas subterráneas y re-depositación.

Lateritas de Ni Bauxitas Depósitos de caolín Pórfidos cupríferos chilenos (zonas de óxidos y de sulfuros supérgenos); zona enriquecida de vetas de plata y oro. Depósitos de Cu

6. Minerales en magmatismo

El concepto de magmatismo se refiere a todos los procesos en los que intervienen los materiales de la Tierra cuando encuentran fundidos o en forma de magma. Un magma es una mezcla generalmente silicatada que incluye normalmente una fase fluida y una fase sólida.

En la figura se representa la variedad de procesos magmáticos: la fusión parcial de la corteza (llamada anatexia), el ascenso de los magmas (en verde, de origen mantélico; en rojo, de origen cortical), y su consolidación como rocas plutónicas (plutones), subvolcánicas (diferenciando las morfologías de lopolitos, lacolitos, sills y diques). También se representa esquemáticamente la actividad volcánica, que genera lavas, piroclastos, y rocas con una cierta componente sedimentaria (epiclastitas).

Esta última esta formada por minerales heredados de la fuente del magma o formados durante el proceso de enfriamiento.

Cuando un magma alcanza la superficie se producen fenómenos volcánicos en los que el magma original puede ser arrojado en diferentes formas sobre la superficie (Volcanismo).

Un magma es una mezcla multifase de alta temperatura (dependiendo de su composición y evolución, desde menos de 700°C hasta más de 1500°C) de sólidos (cristales y fragmentos de roca), líquido (en su mayoría silicatos) y gas (rico en H, O, C, S y Cl), formado por la fusión parcial o total de una fuente parental (principalmente, la parte superior del manto y la base de la corteza terrestre).

Por su contenido mineral, el magma puede clasificarse en dos grandes grupos: máficos y félsicos. Básicamente, los magmas máficos contienen silicatos ricos en Mg y Ca, mientras que los félsicos contienen silicatos ricos en Na y K.

El magma ascendente que, desde su generación hasta antes de su solidificación, extrude en la superficie, recibe el nombre de lava.

6.1 Rocas y yacimientos ortomagmáticos

La cristalización de los magmas da origen a una gran variedad de minerales, que se asocian para dar origen a las diversas rocas ígneas, que a su vez pueden contener una cierta variedad de concentraciones de determinados minerales de interés económico.

Esta variedad está en relación con la variedad de procesos implicados en la génesis y evolución de los magmas desde su formación en niveles más o menos profundos del planeta hasta su cristalización en proximidad de la superficie.

6.2 Serie de Bowen

La serie de Bowen es el orden de cristalización de los minerales del grupo de los silicatos al interior de la Tierra partiendo de un material fundido llamado magma. Dicha

secuencia es identificable en muchos casos por las relaciones texturales que se establecen entre ellos. Es de extrema utilidad.

Este orden de cristalización está determinado por dos factores principales:

la termodinámica del proceso de cristalización

la composición concreta del magma que cristaliza.

El primer factor fue estudiado por Bowen, que observó que la cristalización de los minerales durante el enfriamiento de un magma sigue, en términos generales, una secuencia determinada, que se puede subdividir en dos grandes ramas: la denominada rama discontinua (minerales ferromagnesianos), y la rama continua (plagioclasas), que convergen en un tronco común, que corresponde a la cristalización de feldespato potásico y finalmente cuarzo, siempre los últimos en cristalizar.

6.3 Reacción en Serie de Bowen:

A medida que el magma se enfría lentamente, los elementos se unen químicamente, y forman cristales de minerales. Sin embargo, no todos los minerales se forman al mismo tiempo durante el proceso de enfriamiento.

Algunos minerales se cristalizan cuando el magma se encuentra a una mayor temperatura, mientras que otros sólo se cristalizan cuando el magma se encuentra a una temperatura menor. Sin embargo, no todos los minerales se forman al mismo tiempo durante el proceso de enfriamiento.

Las Series de Reacciones de Bowen describen cómo se forman, durante el proceso de enfriamiento, ocho de los minerales de silicio más comunes.

El diagrama de las Series de Reacciones de Bowen, muestra, en la parte superior, a los minerales que se forman a altas

temperaturas, y en la parte inferior, a los minerales que se forman a temperaturas menores.

Las rocas resultantes de la lava o magma enfriadas desde temperaturas muy elevadas, contienen minerales color oscuro como el anfíbol y el piroxeno. Pero cuando el magma se enfría lentamente, los minerales de color claro, como el feldespalto y el cuarzo, los cuales se forman a temperaturas más frías, pueden crecer.

7. Minerales en hidrotermalismo

En la naturaleza la gran mayoría de depósitos minerales metálicos están de una u otra forma ligados a procesos hidrotermales.

La fuente, composición y características termodinámicas de un fluido hidrotermal pueden ser bastante variables y dependen en gran medida de las características de su fuente, de la distancia de transporte y su modificación durante este, y de las propiedades de la roca huésped.

7.1 Yacimientos hidrotermales

Los yacimientos hidrotermales, comúnmente también conocidos como filonianos (vein deposits), se clasifican según

su temperatura de formación (que suele estar entre los 400 y los 100ºC), y en función de la mayor o menor proximidad a la roca ígnea de la que derivan.

Las mineralizaciones hidrotermales están constituidas fundamentalmente por cuarzo y/o carbonatos diversos, entre los que cabe destacar calcita, dolomita, y siderita, minerales que suelen constituir la ganga o parte no explotable en los yacimientos de interés minero.

Entre los minerales de interés minero (o menas) que pueden estar presentes en este tipo de rocas o yacimientos, podemos citar barita, fluorita , y minerales sulfurados, como pirita, calcopirita, blenda, galena, cobres grises (tetraedrita y tennantita), argentita, platas rojas (proustita-pirargirita), cinabrio, y un largo etcétera de minerales, entre los que se encuentran también la plata y el oro nativos.

8. Minerales en pegmatitas

Las pegmatitas son el resultado de la cristalización final de magmas en un ambiente rico en volátiles, que favorece la migración iónica, y permite la formación de cristales de gran tamaño, que en ocasiones pueden llegar a alcanzar varios metros cúbicos. Las pegmatitas presentan una gran variabilidad composicional, que está en función del tipo de roca (normalmente plutónica) con la que están relacionadas genéticamente.

8.1 Yacimientos pegmatíticos

Las mas frecuentes son de composición granítica, asociadas a granitos y granitos alcalinos, y están constituidas mayoritariamente por cuarzo, feldespato potásico (microclina u ortoclasa), plagioclasa sódica (albita) y mica blanca (moscovita), junto a otros minerales que pueden ser mas o menos abundantes: turmalina, apatito, fluorita, lepidolita, berilo, topacio, corindón, monacita, casiterita, uraninita, torbernita, así hasta 300 especies mineralógicas descritas en un solo macizo pegmatítico.

Pueden tener interés económico, debido a sus posibles altos contenidos en minerales tipo gema (esmeraldas, aguamarinas, topacios, rubíes...), y minerales con contenidos en elementos raros (Li, U, Th, Tierras Raras) y otros (Sn, W, F).

También los minerales comunes de estas rocas suelen tener interés económico, ya que tanto sus grandes cristales de cuarzo pueden ser utilizados para el tallado de lentes, como los de feldespato para la producción de cerámica, y los de mica para el aislamiento eléctrico.

9. Minerales en procesos neumatolíticos

Las rocas (o yacimientos) neumatolíticas, son intermedias entre las pegmatitas y las rocas hidrotermales. Son rocas de reemplazamiento metasomático, es decir, producto del reemplazamiento a alta temperatura de una roca por otra, por

disolución parcial de la original, y depósito a partir de los fluidos mineralizantes. Las temperaturas características de formación se sitúan entre 600 y 400ºC.

9.1 Yacimientos neumatolíticos

Su composición es muy variable, en función de la de los fluidos, y de la roca a la que reemplazan, con la que suele producirse mezcla química.

Skarns: Producidos por la interacción entre fluidos derivados de granitos, y, principalmente, rocas carbonatadas (calizas o dolomías).

Se forman así unas rocas de mineralogía especial, ricas en silicatos cálcicos (epidota, anfíboles y piroxenos cálcicos, granates cálcicos), y que pueden contener concentraciones de minerales metálicos de interés económico: scheelita, casiterita, fluorita, calcopirita, blenda, galena, magnetita, hematites.

Morfología irregular de un skarn.

Greissen: Corresponden estos yacimientos a zonas de alteración relacionadas con granitos, y que por lo general afectan a zonas periféricas o apicales del propio granito.

En estas zonas se produce una destrucción del feldespato potásico, con formación de mica blanca microcristalina (illita),

y con entrada de abundante sílice que se deposita en la roca en forma coloidal (calcedonia), en lo que de denomina proceso de silicificación.

La casiterita y la wolframita suelen ser las principales menas metálicas asociadas a estos yacimientos. A menudo los greissen se asocian a yacimientos típicamente filonianos: casos de Panasqueira (Portugal) y Piaotan (China): figuras.

Esquemas geológicos de los yacimientos de tipo greissen de Panasqueira (Portugal) y Piaotan (China), en zonas de cúpula granítica y con complejos filonianos asociados

10. Referencias:

http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/YM12.html http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/YM3.html http://www.windows2universe.org/earth/geology/ig_bowens.html&lang=sp http://es.wikipedia.org/wiki/Serie_de_Bowen http://www.ucm.es/info/crismine/Curso_Mane/Preesentaciones_PDF/AMB-1.pdf

http://www1.mineralog.net/cursos/FM7Mineralogenesis.pdf http://www.madrimasd.org/blogs/universo/2008/08/15/98822

http://www.cec.uchile.cl/~vmaksaev/PROCESOS%20MINERALIZADORES.pdf