Formación de minerales

Varias teorías de la formación de minerales explican cómo se forman los diversos tipos de depósitos minerales dentro de la corteza terrestre. Las teorías de la génesis del mineral varían según el mineral o la materia prima examinada.

Las teorías de la génesis del mineral generalmente involucran tres componentes: fuente, transporte o conducto y trampa. (Esto también se aplica a la industria del petróleo: los geólogos del petróleo originaron este análisis).

• Se requiere fuente porque el metal debe provenir de alguna parte y ser liberado por algún proceso.
• El transporte se requiere primero para mover los fluidos que contienen metales o los minerales sólidos a su posición actual, y se refiere al acto de mover físicamente el metal, así como a los fenómenos químicos o físicos que fomentan el movimiento.
• Se requiere trampa para concentrar el metal a través de algún mecanismo físico, químico o geológico en una concentración que forme un mineral explotable.

Los depósitos más grandes se forman cuando la fuente es grande, el mecanismo de transporte es eficiente y la trampa está activa y lista en el momento adecuado.

Procesos de génesis del mineral

Endógeno

Procesos magmáticos

• Cristalización fraccionada: separa los minerales minerales y no minerales según su temperatura de cristalización. A medida que los primeros minerales de cristalización se forman a partir del magma, incorporan ciertos elementos, algunos de los cuales son metales. Estos cristales pueden asentarse en el fondo de la intrusión, concentrando minerales allí. La cromita y la magnetita son minerales minerales que se forman de esta manera.
• Inmiscibilidad líquida: a partir de este proceso se pueden formar minerales de sulfuro que contienen cobre, níquel o platino. A medida que cambia el magma, partes de él pueden separarse del cuerpo principal del magma. Dos líquidos que no se mezclan se llaman inmiscibles; el aceite y el agua son un ejemplo. En los magmas, los sulfuros pueden separarse y hundirse debajo de la parte rica en silicatos de la intrusión o inyectarse en la roca que la rodea. Estos depósitos se encuentran en rocas máficas y ultramáficas.

Procesos hidrotermales

Estos procesos son los fenómenos y reacciones fisicoquímicos causados ​​por el movimiento del agua hidrotermal dentro de la corteza, a menudo como consecuencia de la intrusión magmática o levantamientos tectónicos. Los fundamentos de los procesos hidrotermales son el mecanismo fuente-transporte-trampa.

Las fuentes de soluciones hidrotermales incluyen agua de mar y agua meteórica que circula a través de rocas fracturadas, salmueras formativas (agua atrapada dentro de los sedimentos en la deposición) y fluidos metamórficos creados por la deshidratación de minerales hidratados durante el metamorfismo.

Las fuentes de metal pueden incluir una plétora de rocas. Sin embargo, la mayoría de los metales de importancia económica se transportan como oligoelementos dentro de los minerales formadores de rocas, por lo que pueden ser liberados por procesos hidrotermales. Esto sucede debido a:

• incompatibilidad del metal con su mineral huésped, por ejemplo zinc en calcita, que favorece el contacto de fluidos acuosos con el mineral huésped durante la diagénesis.
• solubilidad del mineral huésped dentro de las soluciones hidrotermales nacientes en las rocas madre, por ejemplo, sales minerales (halita), carbonatos (cerusita), fosfatos (monacita y torianita) y sulfatos (barita)
• temperaturas elevadas que provocan reacciones de descomposición de los minerales

El transporte por soluciones hidrotermales generalmente requiere una sal u otra especie soluble que pueda formar un complejo que contenga metales. Estos complejos que contienen metales facilitan el transporte de metales dentro de soluciones acuosas, generalmente como hidróxidos, pero también mediante procesos similares a la quelación.

Este proceso se comprende especialmente bien en la metalogenia del oro, donde existen varios tiosulfatos, cloruros y otros complejos químicos portadores de oro (en particular, cloruro/sulfato de telurio o cloruro/sulfato de antimonio). La mayoría de los depósitos de metales formados por procesos hidrotermales incluyen minerales de sulfuro, lo que indica que el azufre es un importante complejo transportador de metales.

Deposición de sulfuro: la deposición
de sulfuro dentro de la zona de trampa ocurre cuando el sulfato, el sulfuro u otros complejos portadores de metales se vuelven químicamente inestables debido a uno o más de los siguientes procesos;

• caída de temperatura, lo que hace que el complejo sea inestable o insoluble en metal
• pérdida de presión, que tiene el mismo efecto
• reacción con rocas de pared químicamente reactivas, generalmente de estado de oxidación reducido, como rocas que contienen hierro, rocas máficas o ultramáficas, o rocas carbonatadas
• desgasificación del fluido hidrotermal en un sistema de gas y agua, o ebullición, que altera la capacidad de transporte de metales de la solución e incluso destruye los complejos químicos portadores de metales

El metal también puede precipitar cuando la temperatura y la presión o el estado de oxidación favorecen diferentes complejos iónicos en el agua, por ejemplo, el cambio de sulfuro a sulfato, la fugacidad del oxígeno, el intercambio de metales entre complejos de sulfuro y cloruro, etcétera.

Procesos metamórficos

Secreción lateral: Los
depósitos de mineral formados por secreción lateral se forman por reacciones metamórficas durante el cizallamiento, que liberan constituyentes minerales como cuarzo, sulfuros, oro, carbonatos y óxidos de rocas deformantes, y enfocan estos constituyentes en zonas de presión reducida o dilatación como fallas Esto puede ocurrir sin mucho flujo de fluido hidrotermal, y esto es típico de los depósitos de cromita podiforme.

Los procesos metamórficos también controlan muchos procesos físicos que forman la fuente de fluidos hidrotermales, descritos anteriormente.

Procesos sedimentarios o superficiales (exógenos)

Los procesos superficiales son los fenómenos físicos y químicos que provocan la concentración de material mineral dentro del regolito, generalmente por la acción del medio ambiente. Esto incluye depósitos de placer, depósitos de laterita y depósitos residuales o eluviales. Los procesos físicos de formación de depósitos de mineral en el ámbito superficial incluyen;

• erosión
• deposición por procesos sedimentarios, incluido el aventado, la separación por densidad (p. ej., placeres de oro)
• meteorización a través de la oxidación o el ataque químico de una roca, ya sea liberando fragmentos de roca o creando arcillas depositadas químicamente, lateritas o enriquecimiento supergénico
• Deposición en ambientes de baja energía en ambientes de playa

Clasificación de yacimientos de mineral

La clasificación de los depósitos de minerales hidrotermales también se logra mediante la clasificación de acuerdo con la temperatura de formación, que también se correlaciona aproximadamente con fluidos mineralizantes particulares, asociaciones minerales y estilos estructurales. Este esquema, propuesto por Waldemar Lindgren (1933) clasificó los depósitos hidrotermales de la siguiente manera:

• Hipotermal: depósitos de minerales formados a gran profundidad en condiciones de alta temperatura.
• Mesotermal: depósitos de minerales formados a temperatura y presión moderadas, dentro y a lo largo de fisuras u otras aberturas en las rocas, por deposición a profundidades intermedias, a partir de fluidos hidrotermales.
• Epitermal: depósitos de mena mineral formados a bajas temperaturas (50–200 °C) cerca de la superficie de la Tierra (<1500 m), que llenan vetas, brechas y stockworks.
• Teletermal: depósitos de minerales formados a poca profundidad y temperaturas relativamente bajas, con poca o ninguna alteración de la pared rocosa, presumiblemente lejos de la fuente de las soluciones hidrotermales.

Los depósitos de mineral generalmente se clasifican por procesos de formación de minerales y entorno geológico. Por ejemplo, los depósitos exhalativos sedimentarios (SEDEX), son una clase de depósito de mineral formado en el fondo del mar (sedimentario) por la exhalación de salmueras en el agua de mar (exhalativo), lo que provoca la precipitación química de minerales cuando la salmuera se enfría, se mezcla con agua de mar, y pierde su capacidad de carga de metal.

Los depósitos de minerales rara vez encajan perfectamente en las categorías en las que los geólogos desean ubicarlos. Muchos pueden estar formados por uno o más de los procesos de génesis básicos anteriores, creando clasificaciones ambiguas y muchos argumentos y conjeturas. A menudo, los depósitos de mineral se clasifican según ejemplos de su tipo, por ejemplo, depósitos de plomo, zinc y plata de tipo Broken Hill o depósitos de oro de tipo Carlin.

Génesis de minerales comunes

Debido a que requieren la conjunción de condiciones ambientales específicas para formarse, los tipos de depósitos minerales particulares tienden a ocupar nichos geodinámicos específicos, por lo tanto, esta página ha sido organizada por producto de metal. También es posible organizar las teorías a la inversa, es decir, según criterios geológicos de formación. A menudo, los minerales del mismo metal pueden formarse mediante múltiples procesos, y esto se describe aquí debajo de cada metal o complejo metálico.

Hierro

Los minerales de hierro se derivan abrumadoramente de sedimentos antiguos conocidos como formaciones de hierro en bandas (BIF). Estos sedimentos están compuestos por minerales de óxido de hierro depositados en el fondo del mar. Se necesitan condiciones ambientales particulares para transportar suficiente hierro en el agua de mar para formar estos depósitos, como atmósferas ácidas y pobres en oxígeno dentro de la Era Proterozoica.

A menudo, se requiere una meteorización más reciente para convertir los minerales de magnetita habituales en hematita de procesamiento más fácil. Algunos depósitos de hierro dentro de Pilbara de Australia Occidental son depósitos de placer, formados por la acumulación de gravas de hematita llamadas pisolitas que forman depósitos de canal de hierro. Estos son los preferidos porque son baratos de extraer.

Plomo zinc plata

Los depósitos de plomo-zinc generalmente están acompañados por plata, alojada dentro del mineral de sulfuro de plomo galena o dentro del mineral de sulfuro de zinc esfalerita.

Los depósitos de plomo y zinc se forman por la descarga de salmuera sedimentaria profunda en el fondo del mar (denominada exhalación sedimentaria o SEDEX), o por el reemplazo de piedra caliza, en depósitos de skarn, algunos asociados con volcanes submarinos (llamados depósitos de mineral de sulfuro masivo volcánico o VMS), o en la aureola de intrusiones subvolcánicas de granito. La gran mayoría de los depósitos de plomo y zinc de SEDEX son de edad proterozoica, aunque hay ejemplos significativos del Jurásico en Canadá y Alaska.

El tipo de depósito de reemplazo de carbonato está ejemplificado por los depósitos de mineral de tipo valle de Mississippi (MVT). MVT y estilos similares ocurren por reemplazo y degradación de secuencias de carbonato por hidrocarburos, que se consideran importantes para el transporte de plomo.

Oro

Los depósitos de oro se forman a través de una gran variedad de procesos geológicos. Los depósitos se clasifican en depósitos primarios, aluviales o de placer, o depósitos residuales o de laterita. A menudo, un depósito contendrá una mezcla de los tres tipos de mineral.

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

Los depósitos de veta de oro, también conocidos como oro orogénico, son generalmente de alta ley, delgados, alojados en vetas y fallas. Se componen principalmente de vetas de cuarzo, también conocidas como vetas o arrecifes, que contienen oro nativo o sulfuros y telururos de oro. Los depósitos de vetas de oro generalmente están alojados en basalto o en sedimentos conocidos como turbiditas, aunque cuando están en fallas, pueden ocupar rocas ígneas intrusivas como el granito.

Los depósitos de vetas de oro están íntimamente asociados con la orogenia y otros eventos de colisión de placas dentro de la historia geológica. Se cree que la mayoría de los depósitos de vetas de oro provienen de rocas metamórficas por la deshidratación del basalto durante el metamorfismo. El oro es transportado por fallas por aguas hidrotermales y depositado cuando el agua se enfría demasiado para retener el oro en solución.

El oro intrusivo relacionado (Lang & Baker, 2001) generalmente se aloja en granitos, pórfidos o, rara vez, en diques. El oro relacionado con la intrusión generalmente también contiene cobre y, a menudo, se asocia con estaño y tungsteno, y rara vez con molibdeno, antimonio y uranio. Los depósitos de oro relacionados con la intrusión se basan en el oro existente en los fluidos asociados con el magma (White, 2001) y la inevitable descarga de estos fluidos hidrotermales en las paredes rocosas (Lowenstern, 2001). Los depósitos de skarn son otra manifestación de los depósitos relacionados con la intrusión.

Los depósitos de placer provienen de depósitos de oro preexistentes y son depósitos secundarios. Los depósitos de placer se forman por procesos aluviales dentro de ríos y arroyos, y en las playas. Los depósitos de oro de placer se forman por gravedad, y la densidad del oro hace que se hunda en sitios trampa dentro del lecho del río, o donde la velocidad del agua cae, como en las curvas de los ríos y detrás de las rocas. A menudo, los depósitos de placer se encuentran dentro de rocas sedimentarias y pueden tener miles de millones de años, por ejemplo, los depósitos de Witwatersrand en Sudáfrica. Los depósitos sedimentarios de placer se conocen como "plomos" o "plomos profundos".

Los depósitos de placer a menudo se trabajan mediante la búsqueda de oro, y la búsqueda de oro es un pasatiempo popular.

Los depósitos de oro de laterita se forman a partir de depósitos de oro preexistentes (incluidos algunos depósitos de placer) durante la meteorización prolongada del lecho rocoso. El oro se deposita dentro de los óxidos de hierro en la roca meteorizada o regolito, y puede enriquecerse aún más mediante la reelaboración por erosión. Algunos depósitos de laterita se forman por la erosión eólica del lecho rocoso, dejando un residuo de metal de oro nativo en la superficie.

Una bacteria, Cupriavidus metallidurans juega un papel vital en la formación de pepitas de oro, al precipitar oro metálico de una solución de tetracloruro de oro (III), un compuesto altamente tóxico para la mayoría de los otros microorganismos. Del mismo modo, los acidovoranos de Delftia pueden formar pepitas de oro.

Platino

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

Las fases de sulfuro solo se forman en magmas ultramáficos cuando el magma alcanza la saturación de azufre. En general, se piensa que esto es casi imposible mediante la cristalización fraccionada pura, por lo que generalmente se requieren otros procesos en los modelos de génesis del mineral para explicar la saturación de azufre. Estos incluyen la contaminación del magma con material de la corteza, especialmente paredes rocosas o sedimentos ricos en azufre; mezcla de magma; ganancia o pérdida volátil.

A menudo, el platino se asocia con depósitos de níquel, cobre, cromo y cobalto.

Níquel

Los depósitos de níquel generalmente se encuentran en dos formas, ya sea como sulfuro o laterita.

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

Se considera que los depósitos de sulfuro de cobre y níquel komatiíticos están formados por una mezcla de segregación de sulfuro, inmiscibilidad y erosión térmica de sedimentos sulfurosos. Los sedimentos se consideran necesarios para promover la saturación de azufre.

Algunos umbrales subvolcánicos en el cinturón de Thompson de Canadá albergan depósitos de sulfuro de níquel formados por la deposición de sulfuros cerca del respiradero del alimentador. El sulfuro se acumuló cerca del respiradero debido a la pérdida de velocidad del magma en la interfaz del respiradero. Se considera que el enorme depósito de níquel de Voisey's Bay se formó a través de un proceso similar.

El proceso de formación de depósitos de laterita de níquel es esencialmente similar a la formación de depósitos de laterita de oro, excepto que se requieren rocas ultramáficas o máficas. Generalmente, las lateritas de níquel requieren intrusiones ultramáficas muy grandes que contienen olivino. Los minerales formados en depósitos de laterita de níquel incluyen gibbsita.

Cobre

El cobre se encuentra en asociación con muchos otros metales y estilos de depósito. Comúnmente, el cobre se forma dentro de rocas sedimentarias o se asocia con rocas ígneas.

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

A veces, los granitos emergen a la superficie como volcanes, y la mineralización de cobre se forma durante esta fase cuando el granito y las rocas volcánicas se enfrían a través de la circulación hidrotermal.

El cobre sedimentario se forma dentro de las cuencas oceánicas en rocas sedimentarias. Generalmente, esto se forma por salmuera de sedimentos profundamente enterrados que se descargan en las profundidades del mar y precipitan cobre y, a menudo, sulfuros de plomo y zinc directamente en el fondo del mar. Esto luego es enterrado por más sedimentos. Este es un proceso similar a SEDEX zinc y plomo, aunque existen algunos ejemplos alojados en carbonato.

A menudo, el cobre se asocia con depósitos de oro, plomo, zinc y níquel.

Uranio

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

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

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

Titanio y circonio

Las arenas minerales son el tipo predominante de depósito de titanio, circonio y torio. Se forman por la acumulación de tales minerales pesados ​​dentro de los sistemas de playa y son un tipo de depósitos de placer. Los minerales que contienen titanio son ilmenita, rutilo y leucoxeno, el zirconio está contenido dentro del zircón y el torio generalmente está contenido dentro de la monacita. Estos minerales provienen principalmente del lecho rocoso de granito por la erosión y son transportados al mar por los ríos, donde se acumulan en las arenas de las playas. En raras ocasiones, pero de manera importante, se pueden formar depósitos de oro, estaño y platino en los depósitos de placeres de playa.

Estaño, tungsteno y molibdeno

Estos tres metales generalmente se forman en cierto tipo de granito, a través de un mecanismo similar al del oro y el cobre relacionados con la intrusión. Se consideran juntos porque el proceso de formación de estos depósitos es esencialmente el mismo. La mineralización tipo skarn relacionada con estos granitos es un tipo muy importante de depósito de estaño, tungsteno y molibdeno. Los depósitos de skarn se forman por reacción de fluidos mineralizados del granito que reaccionan con rocas de pared como la piedra caliza. La mineralización Skarn también es importante en la mineralización de plomo, zinc, cobre, oro y, ocasionalmente, uranio.

El granito Greisen es otro estilo de mineralización relacionado con estaño-molibdeno y topacio.

Elementos de tierras raras, niobio, tantalio, litio

La gran mayoría de los elementos de tierras raras, tantalio y litio se encuentran dentro de la pegmatita. Las teorías de la génesis de estos minerales son amplias y variadas, pero la mayoría implica metamorfismo y actividad ígnea. El litio está presente como espodumeno o lepidolita dentro de la pegmatita.

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

Fosfato

El fosfato se utiliza en fertilizantes. Inmensas cantidades de roca fosfórica o fosforita ocurren en los depósitos de la plataforma sedimentaria, cuya edad va desde el Proterozoico hasta los ambientes en formación actuales. Se cree que los depósitos de fosfato provienen de los esqueletos de criaturas marinas muertas que se acumularon en el lecho marino. Al igual que los depósitos de mineral de hierro y petróleo, se cree que las condiciones particulares en el océano y el medio ambiente han contribuido a estos depósitos en el pasado geológico.

Los depósitos de fosfato también se forman a partir de rocas ígneas alcalinas como nefelina sienitas, carbonatitas y tipos de rocas asociadas. El fosfato está, en este caso, contenido en apatita magmática, monacita u otros fosfatos de tierras raras.

Vanadio

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