3) RECURSOS MINERALES EN CUENCAS OCEÁNICAS 3.1) Yacimientos hidrotermales marinos en dorsales con y sin sedimentos

- Génesis y características geológicas - Yacimientos

Los yacimientos de sulfuros masivos polimetálicos marinos son depósitos minerales formados en condiciones hidrotermales (<375ºC) y originados por la actividad magmática del océano (Figs. 1 y 2). Así, existen cámaras magmáticas en distintos ambientes geotectónicos marinos que contienen líquido magmático a unos 1.200ºC, lo que genera un calentamiento en las rocas próximas por conducción y un movimiento convectivo de los fluidos que contienen. Este calentamiento da lugar a un gran número de reacciones agua-roca y transformaciones en los minerales que componen las rocas de la litosfera oceánica, generándose procesos metasomáticos y metamórficos, y por lo tanto la formación de nuevas rocas y yacimientos minerales (Fig. 1).

Figura 1. Diferentes tipos de yacimientos polimetálicos marinos asociados a cámaras magmáticas someras (Cronan, 2000)

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Fig. 2. Fumarolas submarinas activas que dan lugar a la precipitación sulfuros masivos polimetálicos y otros minerales, y presentan morfologías de chimeneas (Reyss, 1991)

Los yacimientos de sulfuros masivos aparecen relacionados genéticamente con el magmatismo de distintos ambientes geotectónicos marinos como dorsales medioceánicas, dorsales trasarco, arcos islas, islas oceánicas y montañas submarinas (Fig. 3). En el océano encontramos depósitos de sulfuros que se están formando actualmente en estos ambientes geotectónicos, otros antiguos que aparecen en rocas de la litosfera oceánica con edades comprendidas entre el Jurásico (unos 200 millones de años) y la actualidad); y en zonas continentales en materiales más antiguos que el Jurásico (por ej. Los yacimientos de sulfuros masivos de la Faja Pirítica de Huelva de edad paleozoica). La explotación de este tipo de yacimientos es fuente de metales base y nobles como el hierro, cobre, zinc, plomo, cobalto, níquel, oro y plata, y elementos químicos como el bario y el azufre, entre otros.

Figura 3. Ambientes geotectónicos donde se pueden encontrar yacimientos de sulfuros masivos polimetálicos (Herzig y Hannington, 1995)

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La génesis de los yacimientos de sulfuros masivos se desarrolla cuando el agua de mar se introduce por fracturas y grietas de las rocas ígneas de la litosfera oceánica (2 A

coladas basálticas, 2B diques de diabasa, 3 A gabros masivos, 3B gabros bandeados, 4 A peridotitas bandeadas y 4 B peridotitas masivas). Este fluido acuoso altera las rocas, las transforma lixiviando metales y no metales presentes en ellas y precipitando nuevos minerales, y concentra ciertos elementos químicos para la formación de los depósitos de interés económico (Fig. 24). Así, el agua marina de los fondos abisales está caracterizada por tener baja temperatura (alrededor de 2°C), es neutra o ligeramente básica, oxidante, pobre en metales y, rica en Ca, Mg y sulfatos. Al entrar reacciona con las rocas encajantes, produciendo alteraciones a baja temperatura (temperaturas de <150ºC y presiones de menos de 1 kb). Esta meteorización da lugar a la formación de arcillas, zeolitas, carbonatos, hidróxidos, entre otros grupos de minerales. Si las soluciones acuosas se calientan por encima de los 150ºC se genera en la litosfera oceánica un metamorfismo de bajo grado (facies de zeolitas y esquistos verdes) con la neoformación de minerales del grupo de las arcillas, zeolitas, micas, carbonatos, óxidos, sulfatos, sulfuros, etc., y por encima de 500ºC un metamorfismo de grado medio (facies de anfibolitas, granulitas y corneanas) en zonas intermedias (2B y 3A) con formación de sulfuros, sulfatos, óxidos y silicatos como epidota, biotita, feldespato, anfíboles y piroxenos (Figs. 4 y 5). Debido a los gradientes de temperaturas existentes se forman células convectivas donde los fluidos mineralizadores salen de nuevo al fondo oceánico formando fumarolas (humeros negros por tener sulfuros y humeros blancos con sulfatos). Estos fluidos mineralizadores ahora salen a temperaturas hidrotermales, tienen características ácidas, reductoras, no tienen magnesio y muestran concentraciones importantes de SH2 y elementos como Cu, Fe, Zn, Pb, Mn, Ni, Co, Ba, Si, etc. (Fig. 5). La paragénesis mineral de los depósitos de sulfuros masivos es variada según los distintos yacimientos pero, en general, predominan sulfuros como la esfalerita SZn, galena SPb, pirita-marcasita S2Fe, pirrotina SFe1-x, calcopirita S2FeCu y bornita S4FeCu5 y otros minerales (covelina, calcosina, Au nativo, teleruros de Au, sulfosales de Ag, cuarzo, barita, calcita, etc), presentando texturas diferentes (masiva, granular, acicular, coloforme, etc.) según varíen las condiciones físico-químicas de formación (Fig. 6).

Fig. 4. Circulación de fluidos en la litosfera oceánica y formación de fumarolas negras (Nicolás, 1995)

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Fig. 5. Modelo de formación de los yacimientos de sulfuros marinos polimetálicos asociados a fumarolas submarinas en dorsales sin sedimentación (Scott, 1995)

Fig. 6. Paragénesis mineral de sulfuros en las chimeneas submarinas y sus características texturales (Cronan, 2000)

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El cambio brusco de las condiciones físico-químicas de los fluidos mineralizadores con las rocas encajantes y el agua de mar genera la precipitación de los sulfuros polimetálicos y otros minerales los cuales aparecen tanto en los conductos internos, en forma de diques (stockworks) y diseminaciones, como en el fondo del mar dando lugar a chimeneas y montículos de tamaños de centenas de metros y depósitos estratificados o bandeados en zonas próximas a la salida (Fig. 2). Se han hecho cálculos sobre lixiviación y precipitación de metales en fumarolas marinas y dan los resultados siguientes: la concentración de Cu en los basaltos medioceánicos (MORB) es de unas 70 ppm y cuando salen los fluidos mineralizadores estos tienen concentraciones de 7% (70.000 ppm), es decir se han enriquecido unas 1000 veces más. Por lo tanto es necesario lixiviar unos 1.000 millones de m3 de corteza oceánica para extraer unos 50 m3 de sulfuros. En general, se ha calculado que una fumarola puede sacar al fondo oceánico unos 250 Tn de sulfuros por año. De aquí, se ha indicado en la introducción del tema que este tipo de yacimientos son considerados hoy en día como recursos renovables.

Los yacimientos de sulfuros masivos asociados a dorsales medioceánicas se han clasificado en dos tipologías, dependiendo de los sedimentos que contienen. Primero, están las dorsales con sedimentación importante, como en el Mar Rojo, donde aparecen salmueras calientes (<70ºC) ricas en sales y sulfuros polimetálicos, las cuales dan lugar en fondo a sedimentos ricos en estos componentes (Figs. 7 y 10, Tabla 1). Segundo, están las dorsales sin sedimentación, como en el Pacífico y el Atlántico, donde se encuentran los sistemas de fumarolas, negras y blancas, con sulfuros masivos y sin sedimentos marinos importantes (Figs. 5 y 8).

Fig. 7. Corte geológico con el esquema genético de formación de sulfuros masivos en dorsales con sedimentación importante (Mar Rojo) (Cronan, 2000).

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Tabla 1. Contenido en metales de las salmueras en el yacimiento Atlantis II-Deep (Mar Rojo). LCL: capa convectiva inferior y UCL: capa convectiva superior. Valores en mg/kg (Cronan, 2000)

Fig. 8. Corte geológico de un sistema de fumarola con formación de depósitos de sulfuros masivos en dorsales sin sedimentación (Herzig y Hannington, 1995)

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En los yacimientos de dorsales con sedimentos, como el de Atlantis II-Deep en el Mar Rojo, se han calculado unas reservas de 100 millones de Tm de sulfuros, con leyes de 2% de Zn, 0,5% de Cu, 39 ppm de Ag y 0.5 ppm de Au. Existe un proyecto minero que ha sido estudiado por Francia y patrocinado por una comisión conjunta de Arabia Saudita y Sudán, que tiene previstas extraer, por medio de bombas de succión a unos 2.000 mts de profundidad, alrededor de 2 millones de Tm de Zn, 500.000 Tm de Cu, 4.000 Tm de Ag, 80 Tm de Au y Co, y a parte menores reservas de Pb y Cd, entre otros elementos. Por otra parte, los yacimientos de sulfuros en dorsales medioceánicas sin sedimentación tienen reservas inferiores, de unos 5 millones de Tm de sulfuros (Fig. 9), aunque algunos destacan por tener mayor tonelaje como los depósitos de Middle Valley en el Pacífico Norte y TAG en el Atlántico Central (Fig. 10).

Fig. 9. Reservas calculados en más de 350 yacimientos de sulfuros masivo submarinos estudiados con su tonelaje y sus contenidos de oro (Herzig y Hannington, 1995)

Algunos de los yacimientos de sulfuros masivos estudiados y que están asociados a dorsales medioceánicas en el Pacífico son (Fig. 10): Galápagos, varios en la dorsal del East Pacific Ridge, Salton Sea, Explorer, Juan de Fuca; en la dorsal Atlántica están: Snakepit, Broken Spur, Lucky Strike y TAG; en el mar Rojo: Atlantis II Deep, Vema Deep, Gymsum Basin, Kebritt Deep, etc; y en el Índico: Sonne field. También hay depósitos de sulfuros polimetálicos relacionados con zonas de subducción en los arcos islas del Pacífico y dorsales trasarco, como por ejemplo, en las Islas Fiji, Lau, Manus, Woodlark, Mariana, Okinawa, etc., y en montañas o volcanes submarinos como el de Palinuro en el Mediterráneo (Fig. 10).

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Fig. 10. Localización de los yacimientos de sulfuros masivos hidrotermales actuales asociados a dorsales medioceánicas y cuencas trasarco (Herzig y Hannington, 1995)

Ambientes geotectónicos de depósitos de sulfuros masivos

Scott, 1995

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MAR ROJO

Cronan, 2000

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Cronan, 2000

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Lenoble et al., 1995 11

Cronan, 2000

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Cronan, 2000 13

Cronan, 2000

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SULFUROS PACÍFICO NORTE (CANADA)

Lenoble et al., 1995

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Lenoble et al., 1995

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Lenoble et al., 1995

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SULFUROS POLIMETALICOS OCÉANO ÍNDICO

Cronan, 2000

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Cronan, 2000

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Cronan, 2000 SULFUROS POLIMETÁLICOS EN DORSALES BACK ARC

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Lenoble et al., 1995

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Cronan, 2000

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