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MÉTODOS GEOQUÍMICOS DE EXPLORACIÓN MINERA
LA
GEOQUÍMICA EN LOS PROGRAMAS DE EXPLORACIÓN
SELECCIÓN
DE LOS MÉTODOS DE EXPLORACIÓN.
ANOMALÍAS
FALSAS (NO SIGNIFICATIVAS)
INTERPRETACIÓN
DE DATOS GEOQUÍMICOS
PRINCIPALES BARRERAS GEOQUÍMICAS
DISTRIBUCIÓN DE ELEMENTOS EN LAS ROCAS
ÍGNEAS Y MINERALES.
DISTRIBUCIÓN DE
ELEMENTOS TRAZA
LAS PROVINCIAS METALOGENÉTICAS DE MÉXICO
CLASIFICACION GEOQUÍMICA DE GOLDSCHMIDT
ASOCIACIONES DE MINERALES DE IMPORTANCIA
ECONÓMICA
AMBIENTE GEOQUÍMICO SECUNDARIO
FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN AL
INTEMPERISMO
Minerales Primarios Estables (Residuales)
Minerales
Nativos – Óxidos – Silicatos – Sulfuros
La
gran dificultad que representa en la actualidad la localización de nuevos
depósitos minerales, como materia prima para satisfacer la demanda de un país o
inclusive en el ámbito mundial, hace que el trabajo del especialista en
exploración minera sea con base a un programa específico llamado Programa de exploración Minera.
Los métodos geoquímicos
aplicados a la exploración minera son una herramienta esencial utilizada en los
programas de exploración en todas sus etapas, desde los trabajos iniciales de
reconocimiento hasta los de detalle cuando el yacimiento ya ha sido localizado.
Los métodos geoquímicos también se utilizan para identificar las prolongaciones
de los yacimientos ya conocidos o en explotación y como ayuda en la toma de
decisiones en la selección de áreas de interés para llevar a cabo la
perforación como etapa final en la localización de yacimientos minerales.
El
objetivo de estos apuntes es dar a conocer los principios básicos de la
geoquímica inorgánica y las técnicas de la geoquímica aplicada a la exploración
minera dentro del marco de los programas de exploración, así como proporcionar
los principales criterios geológicos para la evaluación de los resultados químicos
cuantitativos obtenidos en laboratorio y la interpretación de la información
obtenida.
La
realización del presente material esta basado principalmente en las
publicaciones de los siguientes autores:
Levison, A. A.
1980. Introduction to Exploration
Geochemistry. 2ª edition. Applied Publishing.
Rose A. W., Hawkes H. E. and Webb J. S. 1979. Geochemistry in Mineral Exploration.
Gunter, F.
1991. Principles and Applications of
Inorganic Geochemistry. Macmillan Publishing Co.
Ing. Manuel
Escalante Sánchez.
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
principios geoquímicos teóricos para la exploración minera, la cual se
desarrolló fuertemente en el periodo comprendido entre las dos guerras
mundiales, principalmente 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 dividida en dos amplias categorías:
ü
El estudio de depósitos
minerales tanto metálicos como no metálicos.
ü
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 originalmente 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 llenar. Pero como veremos posteriormente, la aplicación de la
química a la exploración no es totalmente nueva; lo novedoso involucra la
aplicación de instrumentación 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 a menos que la ley de la mena
fuera de 1.5% de Cu y grandes volúmenes. Actualmente las gigantescas obras de
minado a cielo abierto para los 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.
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 originados 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.
Las asociaciones botánicas
con la mineralización aparentemente han sido bien conocidas por un largo
tiempo, esto es desde los siglos VIII
o IX, según la fuente citada 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. Fersman, quien fue
el primero en dar énfasis a la importancia de los halos primarios y secundarios
asociados con depósitos minerales.
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 del intemperismo en suelos, vegetación y agua a
partir de los depósitos de sulfuros conocidos.
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.
Inicialmente, las
investigaciones del Geological Survey de los Estados Unidos en las técnicas
analíticas de campo, fueron dirigidas principalmente hacia los métodos
colorimétricos, 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 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) El trabajo de campo,
empleado primeramente en el muestreo.
a) Laboratorio.
b) La dirección técnica
responsable para la toma de decisiones sobre el personal, decisiones técnicas y
de operación, así como la interpretación de resultados.
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, por ejemplo los gossans, afloramientos lixiviados y las anomalías geoquímicas secundarias que resultan del intemperismo y de la dispersión de los 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.
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 los valores geoquímicos buscados por efectos de contaminación, los cuales exhiben patrones 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.
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. Las aguas ácidas ahora contienen
metales traza, pueden hacer después su ruta dentro del sistema de drenaje, y se
puede formar una concentración de 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:
Los
sedimentos de ríos en el Distrito de Nacozari, Sonora están contaminados en 75
Km. a partir de la mina Pilares; los estudios de sedimentos de 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, así como los otros ya descritos, están generalmente restringidos
a pocos centímetros a la cima de los suelos o sedimentos de arroyo, exhibiendo
patrones 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 uranio y flúor y probablemente
fertilizantes con rubidio y potasio. Todos son solubles bajo las mismas
condiciones y podrían eventualmente encontrar su 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 origen 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
permiten la detección de contaminación aún en bajas cantidades.
Cuando
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.
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 las áreas estudiadas con anterioridad. Por lo tanto, un
estudio preliminar llamado estudio de
orientación, puede 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.
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
¨ 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.
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 preliminar de
sedimentos de arroyo río arriba para delimitar las áreas de interés
* Estudio detallado de
sedimentos de arroyo río arriba para definir 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 anomalías falsas se encuentran desarrolladas únicamente a poca
profundidad y en suelos, estando ahí 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) que esté genéticamente
relacionada a un depósito mineral
2) que esté genéticamente
relacionada a acumulaciones de minerales de carácter subeconómico, como los
yacimientos de gran tonelaje y baja ley
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 publicados y pueden
ser usados como ejemplos de la presentación de datos geoquímicos. Generalmente,
los 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 y agua. De
los datos presentados en la tabla 2-1, puede verse que los valores de
background para cada elemento podrían variar significativamente entre los tipos
de roca, por esta razón es 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 tabla 2-1 puede ser
considerada como una guía de los valores normales del background para rocas,
suelos y agua y la Fig. 22 presenta los 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.
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 originado
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 SECUNDARIO
Ambiente geoquímico primario: abarca
aquellas áreas que se extienden por debajo de los niveles de circulación de
aguas meteóricas, hasta aquellos procesos de origen 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.
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)
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)
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 origen 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
original sufre procesos de diferenciación y cristalización fraccionada, así
como contaminación o mezcla con otro magma de composición diferente, para dar
origen al magma en cuestión.
De los
procesos mencionados, uno de los más importantes para el origen 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 original 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.
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 (Sc2Si2O7).
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 origen 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 CO2). 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.
Muchos
depósitos minerales de origen 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 originada 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.
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).
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).
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.
(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, originadas 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.
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.
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
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.
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.
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 formados a bajas temperaturas y esta secuencia sigue muy de cerca
el orden de cristalización en 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.
Los óxidos férricos pueden
ser encontrados en forma anhidra Fe2O3 (hematita) o en dos formas
hidratadas de FeO(OH), lepidocrosita y goethita, comúnmente con arcilla y otras
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 MnO2
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)
El sulfato ferroso es
oxidado:
4FeSO4 + O2 + 10H2O 4Fe(OH)3 + 4H2SO4 (8)
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 (CuFeS2) 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 2Fe2O3 + 8H2CO3 (15)
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
condiciones superficiales.
b) Convierten el
azufre en ion sulfato.
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.
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 que el intemperismo requiere de aire, que proporciona
oxígeno y bióxido de carbono, así como agua que participe en las reacciones y
en el 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 de
precipitación pluvial y temperatura en un área controla la cantidad de
vegetación, y las raíces de las plantas ejercen efectos mecánicos importantes
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 original.- 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 ³ 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.
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:
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 original, 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 original al examinar
los constituyentes solubles en las aguas que drenaron a cada tipo de roca
(Tabla 12) Por ejemplo, el agua en contacto con rocas calcáreas presenta una
relación característicamente alta de Ca, Mg, y HCO3 y presenta un
elevado pH de aproximadamente 8.2, 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 minerales residuales formados en el ambiente secundario en donde una gran variedad de ellos se han formado en la zona de intemperismo, tales como los óxidos 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
origen 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 originaron 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 original.
Es importante conocer, si es
posible sin llegar a la perforación, si un gossan
se originó 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 originales 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
origen 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 origen (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
originadas 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 origen 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 original.
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 original 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 originados, 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 originó, 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 original
con algunos valores anómalos de metales similares a los de la roca original,
este horizonte puede también comprender suelos antiguos de los cuales se ha
formado nuevo suelo.
La figura 11 muestra la
representación esquemática de diferentes perfiles de suelos con sus respectivos
horizontes y subhorizontes.
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 A2 o de máxima eluviación.
Este horizonte A2 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.
Se encuentra inmediatamente
abajo del horizonte A, presentando algunas características 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 origen 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.
La parte superior del
horizonte C consiste de roca suelta y parcialmente descompuesta, con
excepción de suelos transportados, éste gradúa hacia abajo a material original
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 original 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.