Ciclo exógeno y depósitos tipo placerSemestre primavera 2015Joseline Tapia-Paulina Durán

Ciclo exógeno

Ciclo geoquímico exógeno

● El ciclo geoquímico está constituido de dos partes principales:○ una asociada a los

procesos profundos de diferenciación metamórfica e ígnea

○ la otra a los procesos superficiales de la meteorización, transporte, y sedimentación en la superficie terrestre.

● Actualmente, los procesos profundos son llamado “endógenos”, y los superficiales “exógenos”

Figura 1. Ciclo geoquímico. Fuente: global.britannica.com

Ciclo geoquímico exógeno

● Los ambientes químicos de los sectores endógenos y exógenos del ciclo geoquímico son muy diferentes.

● En los ambientes profundos, la temperatura y presión son elevadas, y aumentan con la profundidad, y el oxígeno libre se encuentra ausente.

● En el ambiente superficial, la temperatura es baja, las presiones son bajas y constantes, y el oxígeno es abundante.

● Pares de elementos que se comportan similarmente en procesos ígneos y metamórficos se pueden comportar de manera muy diferente cuando ingresan a los ambientes superficiales - y vice versa.

Figura 2. El ciclo exógeno y endógeno de los elementos. Fuente: www.wvgs.wvnet.edu

Figura 3. Reservorios del sistema Tierra, y ejemplos de procesos de intercambio de elementos entre reservorios. Las líneas punteadas encierran los “reservorios superficiales”. Fuente: acmg.seas.harvard.edu.

Figura 4. El rol del carbón profundo en los procesos geológicos es controlado en un nivel fundamental por la estructura de escala atómica y los enlaces. Imagen de "Physics & Chemistry" DCO directorate final proposal. Fuente: www.lens.unifi.it

Figura 5. Ciclo biogeoquímico del aluminio (ver Exley C (2003) JIB 97, 1). Fuente: www.keele.ac.uk

Figura 6. La investigación de Subsurface Biogeochemical Research

(SBR) abarca procesos multiescala amplios asociados a los ciclos de los

contaminantes y de los nutrientes en el ambiente. Fuente: doesbr.org

Figura 7. Diagrama esquemático de las cadenas de conversión que transforman los gradientes de radiación generados por intercambios de radiación con el espacio a gradientes de temperatura, movimiento, ciclos hidrológico y geoquímico (líneas sólidas). Las líneas punteadas indican efectos de primer orden de los procesos que están más abajo en esta cadena a procesos superiores

lo que resulta en interacciones y retroalimentación. Fuente: Kleidon, 2010, Philosophical Transactions, 368, 181-196.

Figura 8. Ciclo biogeoquímico del mercurio (Hg). Fuente: Robles et al., 2014, Environmental Risk Assessment of Soil Contamination, Capítulo 13, 379-396.

Depósitos exógenos

● Sedimentarios

○ Alóctonos

■ Placeres

■ Exóticos

○ Autóctonos

■ BIF

■ Evaporitas

● Meteorización

○ Residuales

● Supergenos

○ Superficiales

○ Exhalativos

Figura 9. Depósito exógeno tipo Banded Iron Formation (BIF). Fuente: EES 119/219, Lecture 4

Sedimentario alóctono: depósitos tipo placer

Figura 10. Depósito exógeno sedimentario alóctono tipo placer. Izquierda: diagrama esquemático de la formación de un deopósito tipo placer aluvial. Fuente: Chris McFarlane, A GIS-based Placer gold potential assessment for the Bighole river basin, Southwest

Montana. Derecha: pepita de oro (gold nugget) del depósito tipo placer Nacoochee, Georgia, USA. Fuente: commons.wikimedia.org

Sedimentario alóctono: depósitos exóticos

Figura 11. Depósito exógeno sedimentario alóctono tipo exótico. Chuquicamata (pórfido cuprífero) y Mina Sur (exótico). Fuente: Bernhard Dold, Enrichment processes in oxidizing sulfide mine tailings: Lessons for supergene ore formation, imagen de

Münchmeyer (1996). .

Sedimentario autóctono: depósito tipo BIF

Figura 12. Banded iron formation. Fuente: Image credit: Mark Barley

Depósitos exógenos alóctonos tipo placer

Depósitos tipo placer

● Los placeres corresponden a una concentración gravitacional de minerales densos por fluidos en movimiento, generalmente por agua, aunque puede ocurrir también en sólidos y gases.

● Las condiciones para que ocurra una concentración gravitacional de minerales pesados son:

a. Liberación de la fuente de roca original (meteorización)

b. Alta densidad de la fase mineral (Ej. Au 19,3 g·cm-3)

c. Alta resistencia química a la meteorización (no reactivo)

d. Durabilidad mecánica (física)

Figura 13. Búsqueda y explotación de depósitos tipo placer aluvial a comienzos . Fuente: en.wikipedia.org

Minerales asociados a depósitos tipo placer

Composición Mineral

SnO2 Casiterita (mena de estaño)

FeCr2O4 Cromita (mena de cromo)

(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6 Columbita

C Diamante

FeTiO3 Ilmenita

Fe3O4 Magnetita

(Ce,La,Y,Th)PO4 Monazita (REE)

Al2O3 Corindón, rubí (con Cr; rojo)–Zafiro (con Co, Cr, Ti; azul)

ZrSiO4 Circón

Depósitos tipo placer● A nivel mundial los placeres estaníferos y de diamantes son importantes económicamente.● Los sulfuros se descomponen fácilmente al oxidarse (no son resistentes a la meteorización), por lo

que raramente se encuentran concentrados en placeres.● Sin embargo, hay excepciones en paleoplaceres del Precámbrico, debido probablemente a que la

atmósfera del Precámbrico no era oxidante.

Figura 14. Canal cuadrado para la minería de oro. Fuente: www.geologyforinvestors.com

¿A qué periodo geológico corresponden?

● Los depósitos de placeres se han formado en todo el tiempo geológico, pero la mayoría son del Cenozoico a Reciente.

● La mayoría de los placeres son pequeños y a menudo de poca duración, ya que se producen sobre la superficie terrestre, generalmente en o sobre el nivel de base para la erosión, de manera que muchos de ellos son erosionados y sólo excepcionalmente son enterrados como para preservarse como paleoplaceres.

Figura 15. Canal cuadrado para la minería de oro. Fuente: www.geologyforinvestors.com

Figura 16. Formación de depósitos de estaño de tipo placer en Cornwall. Fuente: www.slideshare.net

¿Cuál es la ley de los depósitos tipo placer?● La mayoría de los depósitos de placeres son de baja ley, pero su explotación es posible debido a que se encuentran

en materiales sueltos, no requieren de molienda y pueden explotarse con plantas relativamente baratas.● La explotación por dragado de gravas aluviales es una de las más baratas.

Figura 17. Dragado moderno de placeres de oro. Fuente: www.escapefromamerica.com

Paleoplaceres

● En el caso de paleoplaceres (placeres antiguos preservados en secuencias sedimentarias) estos probablemente estarán litificados, inclinados y parcial o totalmente enterrados bajo otras rocas también litificadas.

● Esto implica que su eventual explotación será mucho más costosa y que deben ser extraordinariamente de alta ley o contener minerales valiosos como el oro para ser rentables.

Figura 18. Depósito de oro tipo placer enterrado. Fuente: www.geophysicalsurveys.com

Paleoplaceres

● Los paleoplaceres del Precámbrico del Witwatersrand de Sudáfrica constituyen una de las mayores concentraciones de oro del mundo, por lo que Sudáfrica por mucho tiempo ha sido el mayor productor de este metal precioso.

Figura 19. Rocas del Precámbrico de Witwatersrand. Fuente: superiormining.com

Conglomerados diamantíferos

● También hay ejemplos de conglomerados diamantíferos Cretácicos cerca de Estrella Do Sul en Brasil.

● También en el prospecto de Max Resources en Autralia occidental. Este último consiste en un conglomerado Terciario de 2-3 m de potencia y 2-3 m bajo la superficie, el que tiene una ley recuperable de 0,23 quilates/m3 con aproximadamente 60% de piedras con calidad de gema.

Figura 20. Mapa gemológico de Brasil mostrando las principales ocurrencias de gemas y diamantes (BGM, 2005b). Fuente:

Barreto y Bretas, 2013, Boletín de la Soc Geológica Mexicana, 62(1): 23-140.

Tipos de placer

Tipos

● Existen numerosas clasificaciones de placeres. Una clasificación genética simple:○ Placeres residuales: acumulación in situ durante la meteorización.○ Placeres eluviales: acumulación en un medio sólido en movimiento.○ Placeres aluviales: concentración en un medio líquido (agua).○ Placeres eólicos: concentración en medio gaseoso en movimiento (viento).○ Placeres de playa: concentración por efectos del oleaje de playas.

Figura 21. Esquema que indica los distintos tipos de depósitos placer. Fuente: miningeducation.blogspot.cl

Placer residual

Residuales

● Acumulados inmediatamente encima de las rocas madres o fuentes por descomposición y remoción de materiales más livianos de la roca; estos pueden gradar hacia abajo a vetas meteorizadas.

Figura 22. Placer residual Fuente: miningeducation.blogspot.cl

Placer eluvial

Eluviales

● Típicamente formados en pendientes de montañas en “acarreos” e incluyen minerales liberados de la roca fuente cercana.

● Los minerales pesados se concentran sobre la superficie pendiente debajo de la fuente, mientras los minerales más livianos y no-resistentes son disueltos o arrastrados pendiente abajo o volados por el viento.

● Esto produce una concentración parcial por reducción del volumen, un proceso que continúa con el deslizamiento pendiente abajo.

● Es obvio que para que haya un depósito de interés económico mediante este proceso incompleto de concentración se requiere de una fuente rica.

Figura 23. Placer eluvial. Fuente: miningeducation.blogspot.cl

Eluviales● En algunas áreas con placeres eluviales, los materiales económicos se han concentrado en bolsonadas en

las superficie de la roca subyacente al material no consolidado (circa).

Figura 23. Placer eluvial, esquema. Fuente: 200.74.197.135/

Placer aluvial

Aluviales

● Este ha sido uno de los tipos de placeres más importantes históricamente y la minería primitiva correspondió a este tipo de depósitos (Ej. Egipcios, Incas).

● La fácil extracción ha hecho que sean muy buscados y ellos han sido la causa de las “fiebres” de oro y de diamantes (Ej. fiebre del oro de California y del Yukón en el Siglo XIX).

Figura 24. Velika Kosanica River, sudeste de Serbia. In this river alluvial placers many chalcedonies and jaspers could be found. Fuente: andy321.

proboards.com

Aluviales● En general la fracción de minerales pesados de un sedimento es de grano más fino que los componentes

livianos. Algunas razones:○ Los minerales pesados son naturalmente de grano más fino que el cuarzo o feldespato en las rocas

que derivan.○ La selección y composición de los sedimentos está controlada por la densidad y el tamaño de las

partículas (razón hidráulica), por lo que un grano grande de cuarzo requiere de la misma corriente que uno pesado y pequeño para moverse.

Figura 25. Transporte de partículas en ambiente aluvial. Fuente: www.westcoastplacer.com

Aluviales

● Si existe una corriente fuerte todos los granos de arena de un sedimento estarán en movimiento, pero si la velocidad decrece se depositarán primero los minerales pesados gruesos, luego los minerales pesados finos y sólo después los minerales livianos gruesos.

● Si la velocidad de la corriente no disminuye más, se producirá una concentración de minerales pesados en el sedimento.

● En consecuencia => concentraciones ocurren en condiciones de flujo irregular.

Figura 26. Condiciones que favorecen la precipitación de fragmentos densos. Fuente: andy321.proboards.com

Condiciones para la concentración de minerales pesados:

● Emergencia de un cañón a una cuenca o zona de sedimentación; en el cañón o quebrada encajonada con fuerte pendiente la deposición de sedimentos es virtualmente cero, pero al salir del sector montañoso, abrirse el cauce y disminuir la gradiente (pendiente) hace que cualquier mineral pesado tiende a depositarse mientras los livianos serán arrastrados aguas abajo.

Figura 27. Cono aluvial. Fuente: riosuerte.com

Condiciones para la concentración de minerales pesados:

● Si existen salientes rocosas en el lecho del cauce los minerales pesados serán retenidos por estas.

Figura 28. Detrás de salientes rocosas. Fuente: maps.unomaha.edu

● Caídas o saltos de agua y remolinos

Condiciones para la concentración de minerales pesados:

Figura 29. Saltos de agua. Fuente: maps.unomaha.edu

● Confluencia de un afluente menor con un río más grande con flujo más lento.

Condiciones para la concentración de minerales pesados:

Figura 30. Confluencia de dos flujos de agua con distintas velocidades. Fuente: maps.unomaha.edu

● Uno de los lugares que provee condiciones muy favorables para la concentración de minerales pesados son los cauces con meandros; mientras más rápido sea el flujo en la parte externa de un meandro, más lento será el flujo en su parte interna y a medida que el meandro migra puede originar una concentración de minerales pesados.

Condiciones para la concentración de minerales pesados:

Figura 31. Meandros de ríos. Fuente: maps.unomaha.edu

Placer de playa

De playa

● En las playas el efecto del oleaje y de corrientes costeras también puede producir la concentración de minerales pesados.

● Las olas lanzan material a la playa y la resaca arrastra los materiales más livianos, los cuales son transportados por la deriva a lo largo de la costa, de modo que se producen concentraciones de minerales pesados en las playas, sobre todo durante la acción del oleaje durante tormentas.

Figura 32. Depósito de tipo placer de playa de minerales densos (oscuro) en arena cuarcítica (Chennai, India). Fuente: en.wikipedia.org

De playa

● Las variaciones de nivel por las mareas también son relevantes, porque grandes mareas exponen una faja mayor de playa para la acción de las olas.

● Consecuentemente los placeres de playa se forman en la actualidad en sectores donde los vientos dominantes son oblicuos a la costa y existen corrientes marinas paralelas a la costa, puesto que ambos factores promueven la deriva a lo largo de la costa.

Figura 33. Guijarros y gravas en depósitos tipo placer del tiempo Reciente. Fuente: www.ugr.es

De playa

● Esta situación ocurre en las costas de Australia y África, donde existen importantes concentraciones de minerales pesados.

Figura 34. Arenas de granate con oro en Western Beach, Nome, Alaska, Verano 2012. Fuente: Evelyn

Mervine, 2012, blogs.agu.org

De playa

● Los minerales más importantes de placeres de playa son:○ casiterita○ diamante○ oro○ ilmenita○ magnetita○ monazita○ rutilo○ xenotima○ circón

Figura 34. Las personas continúan chayando en Nome, Alaska. Fuente: www.bedrockdreams.com

De playa

● Ej.○ placeres de oro de Nome,

Alaska○ placeres de playa en costa

occidental de la isla de Chiloé, Chile

○ placeres diamantíferos de Namibia

○ arenas de ilmenita – monazita – rutilo de Travencore y Quilon, India

○ arenas de rutilo–circón–ilmenita de Australia del este y oeste

○ arenas de magnetita de la North Island, Nueva Zelanda.

Figura 34. Mapa esquemático de los depósitos de la Nome Beach y las quebradas del área 1908. Fuente: en.wikipedia.org

De playa

● Para producir estas concentraciones debe existir una fuente, la cual pueden ser rocas costeras o vetas aflorantes a lo largo de la costa o fondo marino, o aporte de ríos u depósitos más antiguos retrabajados por el mar.

● En Chiloé el material original corresponde a morrenas glaciales retrabajadas por el mar.

Figura 35. Línea de playa de India mostrando la ubicación de de depósitos de minerales pesados en arenas de playa. Fuente: viewforyou.blogspot.cl

De playa

● Existen placeres de playa importantes por su producción de rutilo y circón que se extienden por 900 km en la costa oriental de Australia.

● Están en sedimentos cuaternarios que forman una faja costera de hasta 13 km de ancho y generalmente 30 a 40 m de potencia.

Figura 36. Contenidos de monacita regional en concentrados de minerales densos en depósitos de arenas densas en Australia. Fuente: www.australianminesatlas.

gov.au

Placeres eólicos

Eólicos● Los más importantes se producen por el retrabajo de placeres de playa por el viento; la generación de

dunas es un fenómeno común en sectores costeros e implica movimiento de materiales clásticos y obviamente se mueven más fácilmente los materiales más livianos, de modo que se concentran o re-concentran las acumulaciones de minerales pesados.

● Ej. depósitos de arenas ferríferas de titanomagnetita de North Island, Nueva Zelanda, los que se estima que contienen más de 1000 Mt de titanomagnetita.

Figura 37. Los placeres eólicos se forman en áreas donde el viento es el principal mecanismo erosivo y no el agua. Fuente: www.westcoastplacer.com

Placeres fósiles● Witwatersrand● Blind River

Placeres fósiles

● Los ejemplos más notables son los conglomerados con oro y uranio del Arqueano a Proterozoico Medio (Precámbrico; 3100-2200 Ma).

● Los principales depósitos están en:○ Campo aurífero del Witwatersrand de Sudáfrica○ Área de Blind River a lo largo de la costa norte del lago Hurón en Canadá (sólo con trazas de

oro)○ Sierra Jacobina, Bahía, Brasil

● Existen otros ejemplos en áreas de escudos precámbricos en:○ Ghana (Takwa) ○ Canadá (Elliot Lake).

Witwatersrand, Sudáfrica

● Las rocas huéspedes en Witwatersrand son conglomerados monomícticos maduros, con clastos bien redondeados de vetas de cuarzo, chert y pirita y matriz de cuarzo, mica, clorita, abundante pirita (o menos comúnmente hematita) y fuchsita.

● La secuencia sedimentaria sobreyace a granitos y rocas verdes del Arqueano.

Figura 38. Estratos del Grupo Central Rand y las principales zonas de depósitos de oro. Fuente: wwwu.edu.uni-klu.ac.at

Witwatersrand, Sudáfrica

● Pero los conglomerados no contienen clastos de granito.

● El oro se presenta en granos angulosos de 0,005 a 0,1 mm de diámetro junto con los minerales de uranio (principalmente uraninita) en la matriz de los conglomerados junto con otros materiales detríticos.

Figura 39. Conglomerados asociados con oro, Witwatersrand, Sudáfrica. Fuente: www.iml.rwth-aachen.de

Figura 40. Conglomerados de 2700 millones de años portador de oro y pirita, Witwatersrand, Sudáfrica, tamaño 14∙7 cm2. Fuente: www.earthsciences.hku.hk

Figura 41. Conglomerados de Witwatersrand, Sudáfrica. Fuente: www.stec.ukzn.ac.za

Witwatersrand, Sudáfrica

● Los depósitos auríferos de Witwatersrand en Sudáfrica constituyen la concentración aurífera más grande del mundo.

● Desde su descubrimiento en 1886 produjeron 45.000 ton de oro (1.447 Millones de onzas), lo cual representa 40% de todo el oro producido en el mundo.

Figura 42. Producción de oro de Sudáfrica y el resto del mundo desde 1970. Fuente: sanlamintelligence.co.za

Witwatersrand, Sudáfrica● Hasta 1983 se explotaban menas con una ley promedio de 10 g∙t-1 Au y la producción sudafricana llegó a

su punto más alto en 1970 con 1000 ton. ● Desde entonces han disminuido a 550 ton∙año-1 y las leyes medias actualmente en explotación son más

bajas, pero Sudáfrica sigue siendo el mayor productor de oro del mundo con un 24% de la producción mundial de este metal.

Figura 42. Producción de oro de Sudáfrica desde 1970. Fuente: upload.wikimedia.org

Blind River, Canadá

● En Blind River, Canadá los depósitos de uranio parecen haberse formado en ambiente fluvial o deltaico

● Los conglomerados huéspedes son la base de una secuencia de areniscas que parecen ocupar paleovalles excavados en rocas verdes más blandas del basamento metamórfico.

Figura 43. Blind River y Lago Elliot, Canadá. Fuente: www.watershedsentinel.ca

Blind River, Canadá

Figura 44. Mapa geológico generalizado del área de Blind River-Lago Elliot, Canadá. Fuente: www.queensu.ca

Bibliografía

Bibliografía

● Maksaev, V. Procesos sedimentarios: depósitos alóctonos Depósitos de placer, Apuntes de Metalogénesis, Departamento de Geología, Universidad de Chile.