Génesis del mineral

Los procesos superficiales son los fenómenos físicos y químicos que causan la concentración de material mineral dentro del regolito , generalmente por la acción del medio ambiente. Esto incluye depósitos aluviales , depósitos lateríticos y depósitos residuales o eluviales . Los procesos de formación de depósitos superficiales incluyen:

• Erosión de material no mineralizado.
• Deposición por procesos sedimentarios, incluyendo el aventado y la separación por densidad (por ejemplo, placeres de oro).
• Meteorización mediante oxidación o ataque químico de una roca, que libera fragmentos de roca o crea arcillas, lateritas o enriquecimiento supergénico depositados químicamente .
• Deposición en ambientes de baja energía en entornos de playa .
• Depósitos exhalativos sedimentarios (SEDEX), formados en el fondo marino a partir de salmueras que contienen metales.

Los minerales de hierro provienen mayoritariamente de sedimentos antiguos conocidos como formaciones de hierro bandeado (BIF, por sus siglas en inglés). Estos sedimentos están compuestos de minerales de óxido de hierro depositados en el fondo marino. Se requieren condiciones ambientales específicas para transportar suficiente hierro en el agua de mar y formar estos depósitos, como atmósferas ácidas y con bajo contenido de oxígeno durante el Proterozoico .

A menudo, se requiere una meteorización más reciente para convertir los minerales de magnetita habituales en hematita , que es más fácil de procesar . Algunos depósitos de hierro en la región de Pilbara , en Australia Occidental, son depósitos aluviales , formados por la acumulación de gravas de hematita llamadas pisolitas , que forman depósitos de hierro canalizados . Estos son los preferidos porque su extracción es económica.

Los depósitos de plomo y zinc suelen ir acompañados de plata , alojada en el mineral de sulfuro de plomo galena o en el mineral de sulfuro de zinc esfalerita .

Los depósitos de plomo y zinc se forman por la descarga de salmuera sedimentaria profunda en el fondo marino (denominada sedimentaria exhalativa o SEDEX), o por la sustitución de caliza , en depósitos de skarn , algunos asociados a volcanes submarinos (llamados depósitos de mena de sulfuro masivo volcanogénico o VMS), o en la aureola de intrusiones subvolcánicas de granito. La gran mayoría de los depósitos de plomo y zinc SEDEX son de edad proterozoica , aunque existen ejemplos jurásicos significativos en Canadá y Alaska.

Los depósitos de tipo reemplazo de carbonatos se ejemplifican con los depósitos de mineral del tipo valle del Misisipi (MVT) . Los depósitos MVT y otros de estilo similar se producen por el reemplazo y la degradación de secuencias de carbonatos por hidrocarburos , que se consideran importantes para el transporte de plomo.

Los yacimientos de oro se forman mediante una gran variedad de procesos geológicos . Se clasifican en yacimientos primarios, aluviales o de placer , o residuales o lateríticos . A menudo, un yacimiento contiene una mezcla de los tres tipos de mineral.

La tectónica de placas es el mecanismo subyacente para la generación de depósitos de oro. La mayoría de los depósitos primarios de oro se dividen en dos categorías principales: depósitos de oro filoniano o depósitos relacionados con intrusiones .

Los yacimientos de oro filoniano , también conocidos como oro orogénico, suelen ser de alta ley, delgados y se encuentran en vetas y fallas. Están compuestos principalmente por vetas de cuarzo , también llamadas filones o arrecifes , que contienen oro nativo o sulfuros y telururos de oro . Los yacimientos de oro filoniano generalmente se encuentran en basalto o en sedimentos conocidos como turbiditas , aunque cuando se ubican en fallas , pueden ocupar rocas ígneas intrusivas como el granito .

Los yacimientos de oro filoniano están íntimamente ligados a la orogenia y a otros eventos de colisión de placas en la historia geológica. Se cree que la mayoría de estos yacimientos se originan en rocas metamórficas , producto de la deshidratación del basalto durante el metamorfismo. El oro es transportado a través de fallas por aguas hidrotermales y se deposita cuando el agua se enfría demasiado como para retenerlo en solución.

El oro asociado a intrusiones (Lang y Baker, 2001) se encuentra generalmente en granitos, pórfidos o, raramente, en diques . Este oro suele contener cobre y a menudo se asocia con estaño y tungsteno , y raramente con molibdeno , antimonio y uranio . Los depósitos de oro asociados a intrusiones dependen del oro presente en los fluidos asociados al magma (White, 2001) y de la inevitable descarga de estos fluidos hidrotermales en las rocas encajantes (Lowenstern, 2001). Los depósitos de skarn son otra manifestación de los depósitos asociados a intrusiones.

Los depósitos de placer se originan a partir de depósitos de oro preexistentes y son depósitos secundarios. Se forman por procesos aluviales en ríos, arroyos y playas . Los depósitos de oro de placer se forman por gravedad , ya que la densidad del oro provoca que se hunda en zonas de acumulación en el lecho del río o donde la velocidad del agua disminuye, como en las curvas de los ríos y detrás de las rocas. A menudo, los depósitos de placer se encuentran dentro de rocas sedimentarias y pueden tener miles de millones de años, como por ejemplo los depósitos de Witwatersrand en Sudáfrica . Los depósitos de placer sedimentarios se conocen como "filtros" o "filtros profundos".

Los yacimientos aluviales suelen explotarse mediante la búsqueda de minerales , y el bateo de oro es un pasatiempo popular.

Los depósitos de oro laterítico se forman a partir de depósitos de oro preexistentes (incluidos algunos depósitos aluviales) durante la meteorización prolongada de la roca madre. El oro se deposita dentro de los óxidos de hierro en la roca meteorizada o regolito , y puede enriquecerse aún más por la erosión. Algunos depósitos lateríticos se forman por la erosión eólica de la roca madre, que deja un residuo de oro nativo en la superficie.

Una bacteria, Cupriavidus metallidurans , desempeña un papel vital en la formación de pepitas de oro al precipitar oro metálico a partir de una solución de tetracloruro de oro (III) , un compuesto altamente tóxico para la mayoría de los demás microorganismos. ^{[ 8 ]} De manera similar, Delftia acidovorans puede formar pepitas de oro. ^{[ 9 ]}

El platino y el paladio son metales preciosos que generalmente se encuentran en rocas ultramáficas . El origen de los depósitos de platino y paladio son las rocas ultramáficas, que contienen suficiente azufre para formar un mineral de sulfuro mientras el magma aún está líquido. Este mineral de sulfuro (generalmente pentlandita , pirita , calcopirita o pirrotita ) adquiere platino al mezclarse con la mayor parte del magma, ya que el platino es calcófilo y se concentra en los sulfuros. Alternativamente, el platino se presenta asociado a la cromita, ya sea dentro del propio mineral o en los sulfuros asociados a ella.

Las fases de sulfuro solo se forman en magmas ultramáficos cuando el magma alcanza la saturación de azufre. Generalmente se considera que esto es prácticamente imposible mediante cristalización fraccionada pura, por lo que en los modelos de génesis de menas suelen requerirse otros procesos para explicar la saturación de azufre. Estos incluyen la contaminación del magma con material cortical, especialmente rocas encajantes o sedimentos ricos en azufre; la mezcla de magmas; y la ganancia o pérdida de volátiles.

Con frecuencia, el platino se asocia con depósitos de níquel , cobre , cromo y cobalto .

Los depósitos de níquel se encuentran generalmente en dos formas: como sulfuro o como laterita.

Los depósitos de níquel de tipo sulfuro se forman prácticamente de la misma manera que los de platino . El níquel es un elemento calcófilo que prefiere los sulfuros, por lo que una roca ultramáfica o máfica con una fase de sulfuro en el magma puede formar sulfuros de níquel. Los mejores depósitos de níquel se forman donde el sulfuro se acumula en la base de tubos de lava o flujos volcánicos , especialmente en lavas de komatiita .

Se considera que los depósitos de sulfuro de níquel-cobre komatiítico se forman por una combinación de segregación de sulfuros, inmiscibilidad y erosión térmica de sedimentos sulfurados. Se cree que estos sedimentos son necesarios para favorecer la saturación de azufre.

Algunos diques subvolcánicos en el Cinturón de Thompson, en Canadá, albergan depósitos de sulfuro de níquel formados por la deposición de sulfuros cerca de la chimenea volcánica. El sulfuro se acumuló cerca de la chimenea debido a la disminución de la velocidad del magma en la interfaz de la chimenea. Se considera que el enorme depósito de níquel de Voisey's Bay se formó mediante un proceso similar.

El proceso de formación de depósitos de laterita de níquel es esencialmente similar al de los depósitos de laterita de oro, con la diferencia de que se requieren rocas ultramáficas o máficas . Generalmente, las lateritas de níquel requieren intrusiones ultramáficas muy grandes que contienen olivino . Entre los minerales que se forman en los depósitos de laterita de níquel se encuentra la gibbsita .

El cobre se encuentra asociado a muchos otros metales y en diversos tipos de yacimientos. Generalmente, se forma dentro de rocas sedimentarias o se asocia con rocas ígneas .

Los principales yacimientos de cobre del mundo se forman dentro del estilo de pórfido de cobre granítico . El cobre se enriquece mediante procesos que tienen lugar durante la cristalización del granito y se forma como calcopirita , un mineral de sulfuro que asciende junto con el granito.

En ocasiones, los granitos entran en erupción y emergen a la superficie en forma de volcanes , y durante esta fase se forma la mineralización de cobre cuando el granito y las rocas volcánicas se enfrían mediante la circulación hidrotermal .

El cobre sedimentario se forma en las cuencas oceánicas, en rocas sedimentarias. Generalmente, se produce por la descarga de salmuera proveniente de sedimentos profundamente enterrados en las profundidades marinas, precipitando cobre y, a menudo, sulfuros de plomo y zinc directamente sobre el lecho marino. Estos depósitos quedan posteriormente cubiertos por más sedimentos. Este proceso es similar al del zinc y el plomo SEDEX, aunque existen algunos ejemplos en rocas carbonatadas.

Con frecuencia, el cobre se asocia con depósitos de oro , plomo , zinc y níquel .

Los depósitos de uranio suelen provenir de granitos radiactivos , donde ciertos minerales, como la monacita, se lixivian durante la actividad hidrotermal o la circulación de aguas subterráneas . El uranio se disuelve en condiciones ácidas y se deposita cuando esta acidez se neutraliza. Generalmente, esto ocurre en ciertos sedimentos carbonáceos, dentro de una discordancia en los estratos sedimentarios. La mayor parte de la energía nuclear mundial proviene del uranio presente en dichos depósitos.

El uranio también se encuentra en casi todos los carbones en concentraciones de varias partes por millón , y en todos los granitos. El radón es un problema común durante la extracción de uranio, ya que es un gas radiactivo.

El uranio también se encuentra asociado a ciertas rocas ígneas, como el granito y el pórfido . El yacimiento de Olympic Dam en Australia es un ejemplo de este tipo de yacimiento. Contiene el 70 % de la participación australiana en el 40 % del inventario mundial conocido de uranio recuperable de bajo costo.

Las arenas minerales son el tipo predominante de depósito de titanio , circonio y torio . Se forman por la acumulación de estos minerales pesados ​​en los sistemas de playa y constituyen un tipo de depósito aluvial . Los minerales que contienen titanio son la ilmenita, el rutilo y el leucoxeno ; el circonio se encuentra en el circón , y el torio generalmente en la monacita . Estos minerales provienen principalmente de la roca granítica por erosión y son transportados al mar por los ríos , donde se acumulan en las arenas de las playas. En raras ocasiones, pero de gran importancia, pueden formarse depósitos de oro , estaño y platino en los depósitos aluviales de playa.

Estos tres metales generalmente se forman en un tipo específico de granito , mediante un mecanismo similar al del oro y el cobre asociados a intrusiones. Se consideran conjuntamente porque el proceso de formación de estos depósitos es esencialmente el mismo. La mineralización de tipo skarn asociada a estos granitos constituye un tipo muy importante de depósito de estaño, tungsteno y molibdeno. Los depósitos de skarn se forman por la reacción de fluidos mineralizados del granito con rocas encajantes como la caliza . La mineralización de skarn también es importante en la mineralización de plomo , zinc , cobre , oro y, ocasionalmente, uranio .

El granito de Greisen es otro estilo de mineralización relacionado, que incluye estaño, molibdeno y topacio.

La inmensa mayoría de los elementos de tierras raras , el tantalio y el litio se encuentran dentro de la pegmatita . Las teorías sobre la génesis de estos minerales son amplias y variadas, pero la mayoría involucran metamorfismo y actividad ígnea . ^{[ 10 ]} El litio está presente como espodumeno o lepidolita dentro de la pegmatita.

Las intrusiones de carbonatita son una fuente importante de estos elementos. Los minerales de mena son, esencialmente, parte de la mineralogía inusual de la carbonatita.

El fosfato se utiliza en fertilizantes. Se encuentran enormes cantidades de roca fosfática o fosforita en depósitos sedimentarios de plataforma continental, con edades que van desde el Proterozoico hasta los ambientes que se están formando actualmente. ^{[ 11 ]} Se cree que los depósitos de fosfato provienen de los esqueletos de criaturas marinas muertas que se acumularon en el fondo marino. Al igual que con los depósitos de mineral de hierro y petróleo, se cree que ciertas condiciones del océano y del medio ambiente contribuyeron a la formación de estos depósitos en el pasado geológico.

Los depósitos de fosfato también se forman a partir de rocas ígneas alcalinas, como las sienitas nefelínicas , las carbonatitas y otros tipos de rocas asociadas. En este caso, el fosfato se encuentra dentro de la apatita magmática , la monacita u otros fosfatos de tierras raras.

Debido a la presencia de vanabinas , la concentración de vanadio en las células sanguíneas de Ascidia gemmata, perteneciente al suborden Phlebobranchia, es 10 000 000 de veces mayor que la del agua de mar circundante. Un proceso biológico similar podría haber influido en la formación de los yacimientos de vanadio . El vanadio también está presente en depósitos de combustibles fósiles como el petróleo crudo , el carbón , el esquisto bituminoso y las arenas bituminosas  . En el petróleo crudo, se han registrado concentraciones de hasta 1200 ppm.

Los metales preciosos como el oro y el platino , así como muchos otros metales raros y nobles , se originaron principalmente en colisiones de estrellas de neutrones : colisiones entre restos masivos y densos de supernovas , extremadamente pesados. En los momentos finales de la colisión, las condiciones físicas son tan extremas que estos elementos pesados ​​y raros pueden formarse y ser expulsados ​​al espacio. Las nubes de polvo y gas interestelar contienen algunos de estos elementos, al igual que la nube de polvo a partir de la cual se formó el Sistema Solar .

Esos metales pesados ​​cayeron al centro del núcleo fundido de la Tierra y ya no son accesibles. Sin embargo, unos 200 millones de años después de la formación de la Tierra, un intenso bombardeo de meteoritos impactó contra ella. Como la Tierra ya había comenzado a enfriarse y solidificarse, el material (incluidos los metales pesados) de ese bombardeo pasó a formar parte de la corteza terrestre , en lugar de caer a las profundidades del núcleo. Fueron procesados ​​y expuestos por procesos geológicos a lo largo de miles de millones de años. Se cree que esto representa el origen de muchos elementos, y de todos los metales pesados, que se encuentran actualmente en la Tierra. ^{[ 12 ] [ 13 ]}