Depósitos sedimentarios autóctonos 1

PROCESOS SEDIMENTARIOS: DEPOSITOS AUTOCTONOS

Las rocas sedimentarias formadas por precipitación química de ciertos compuestos puedentener interés económico directo como minerales industriales (Ej. la precipitación decarbonatos de calcio o magnesio origina calizas y dolomitas que se usan para cemento ymateriales refractarios respectivamente): Sin embargo, para los efectos de este curso esmás relevante la formación de depósitos metálicos por precipitación química tales como lasformaciones de hierro bandeado (BIF: “banded iron formations”) del Precámbrico(2.000 Ma), los depósitos de hierro oolítico fanerozoicos y los depósitos sedimentarios demanganeso. Asimismo existen depósitos de metales base en rocas sedimentarias (Ej. lapizarra cuprífera del Küpferschiefer del Norte de Europa), aunque respecto a esta últimaexiste controversia si el origen de la mineralización en ella es sedimentario o diagenético.

FORMACIONES DE HIERRO BANDEADO (BIF): Estas constituyen los depósitosmetálicos más grandes de la tierra y constituyen las rocas fuentes del 95% de los recursosde hierro del planeta; son rocas sedimentarias metalíferas silíceas bandeadas (bandas ricasen Fe alternadas con bandas silíceas de chert) que constituyen enormes depósitossingenéticos por precipitación química y se presentan en secuencias estratigráficas delPrecámbrico que alcanzan hasta cientos de metros de potencia y cientos a miles de metrosde extensión lateral. Una buena parte de estas formaciones ferríferas son utilizablesdirectamente como mena de hierro de baja ley y otras han sido productoras de depósitosde alta ley de Fe (particularmente cuando procesos supergenos han enriquecido elcontenido de Fe del mineral por lixiviación de la sílice). Las menas de baja ley sebenefician mediante molienda fina y separación magnética y/o gravitacional paraconcentrar magnetita y hematita, en forma de pellets con 62 – 65% Fe.

Estos depósitos estratiformes de Fe se conocen generalmente como BIF sigla en inglés deformaciones de hierro bandeado (“Banded Iron Formations”), pero las rocas ferríferasbandeadas con jaspe o chert ferruginoso reciben el nombre de Taconitas en Norteamérica,Jaspilitas en Australia e Itabiritas en Brasil.

Las reservas de hierro en formaciones de hierro bandeado son enormes y estas sedepositaron en el período comprendido principalmente entre los 2.500 y 1.900 Ma. Elhierro depositado en ese período y todavía preservado es de 1014 t y posiblemente de 1015 t.En menor medida también se depositó Fe en el Proterozoico Medio a Superior (1.600 – 570Ma). El consumo mundial de Fe actualmente alcanza a 109 t/año, por lo que las reservas deFe en los BIF son realmente enormes. La región del Lago Superior al norte y centro de losEstados Unidos y sur de Canadá es la más productiva de mineral de hierro en el mundo apartir de formaciones de hierro bandeado; en América del Sur Brasil es el mayor productorde hierro seguido de Venezuela a partir del mismo tipo de depósitos sediementarios.

Las formaciones de hierro bandeado se caracterizan por una laminación fina. Las capas songeneralmente de 0,5 a 3 cm de potencia y, a su vez, están laminadas a escala milimétrica afracciones de milímetro. Las bandas consisten en capas de sílice (chert o sílice cristalina)alternando con capas de minerales de Fe. La más simple y común es la alternancia de cherty hematita. Sin embargo, el Fe se presenta en magnetita, hematita, limonita, siderita,

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clorita, greenalita, minnesotaíta, especularita, estilpnomelano, grunerita, fayalita y pirita.Esta laminación fina de óxidos de Fe y de sílice se interpreta como una precipitación cíclicaque pudo estar relacionada a variaciones estacionales (invierno – verano), las queinfluyeron ya sea en las condiciones fisico-químicas de los mares de la época o bien envariación de condiciones favorables para el desarrollo de bacterias u otros organismos quepudieron contribuir a la precipitación del hierro.

Existe consenso que el hierro de los BIF fue precipitado químicamente o con participaciónbiogénica en forma subacuática (sedimento químico). En el BIF de Gunflint de Ontario,Canadá se han identificado algas azules-verdes y hongos fósiles, algunos de los cuales separecen a bacterias que actualmente pueden crecer y precipitar hidróxido férrico encondiciones reductoras, sugiriendo la participación de organismos en la precipitación delFe, pero no existe consenso al respecto.

Por otra parte, tampoco existe consenso respecto al origen del Fe de los BIF: una escuela depensamiento considera que proviene de la erosión de masas terrestres (meteorización deminerales ferromagnesianos), mientras que otra plantea que provendría de actividadexhalativa volcánica (actividad hidrotermal subacuática relacionada a volcanismo). Lo queparece claro es que las condiciones ambientales de la tierra (a nivel planetario) en elPrecámbrico eran distintas a las actuales, existían océanos más someros, mayor actividadvolcánica y la atmósfera terrestre era rica en CO2, pero deficiente en oxígeno, por lo que sesupone que en los mares y lagos de esa remota época existía un ambiente esencialmentereductor y se ha sugerido que el pH del mar era algo más bajo que el actual.

Las formaciones de hierro bandeado presentan facies de óxidos, carbonatos, sulfuros ysilicatos las cuales gradan entre sí y se han interpretado como resultado de precipitación delos minerales en distintas secciones de cuencas marinas someras precámbricas gracias a ladisponibilidad de iones en las aguas (Fig. 1). Las facies de óxidos son las relevantes comomena de hierro. La depositación de cada facies estuvo controlada por condiciones de Eh ypH del medio dentro de las cuencas de sedimentación, especialmente por el potencial deoxidación – reducción relacionado al contenido de oxígeno del agua. Valores relativamentebajos de Eh y pH favorecen la precipitación de pirita, mientras que valores altos favorecenla precipitación de óxidos; los carbonatos y silicatos precipitaron en condiciones de Eh ypH intermedias.

Fig. 1. Zonación de facies en formaciones de hierro bandeado producto de depositación enuna cuenca ideal en la cual precipitan compuestos de hierro

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Facies de óxidos: son las más importantes, puesto que constituyen la mena de hierroexplotable, y pueden subdividirse en subfacies de hematita y de magnetita, entre lascuales existe una completa gradación. La hematita en los BIF menos alterados se presentaen forma de especularita gris a gris azulada. Existen comúnmente texturas oolíticassugiriendo depositación en aguas someras, pero en otros casos la hematita es granular sinestructura. El “chert” varia desde material criptocristalino de grano fino a granos decuarzo entrecrecidos (producto de recristalización de sílice amorfa). En las subfaciesmenos comunes de magnetita, se presentan capas de magnetita alternando con capas desilicatos o carbonatos de Fe y capas silíceas. Las facies de óxidos tienen entre 30-35% Fe yesas rocas son explotables con concentración magnética o gravitacional de los minerales dehierro.

Facies de carbonatos: Estas consisten en la alternancia de chert y siderita (carbonato deFe) en proporciones iguales. Puede gradar a través de rocas con magnetita – siderita –cuarzo a las facies de óxidos y por la adición de pirita a facies de sulfuros. La sideritaparece haberse acumulado como barro fino debajo del nivel de la acción de oleaje y nopresenta texturas oolíticas o granulares.

Facies de silicatos: Los silicatos de hierro generalmente se asocian con magnetita, sideritay chert, los cuales forman capas alternadas. Las facies de carbonatos y silicatos de los BIFtípicamente tienen 25-30% Fe, lo cual es bajo para ser de interés económico y presentaproblemas en su beneficio.

Facies de sulfuros: Estas consisten en arcillolitas carbonosas con pirita caracterizadas porestar finamente laminadas con contenido de materia orgánica y carbón de hasta 7-8%. Elsulfuro principal es pirita muy fina.

Existen dos tipos principales de formaciones de hierro bandeado (BIF)

BIF Tipo Algoma: Este tipo es característico de fajas de rocas verdes del Arcaico(esquistos verdes) y en menor medida del Proterozoico. Muestran una asociación volcánicacon grauvacas que sugiere un ambiente de cuenca extensional (rift). Presentan las facies deóxido, carbonato y sulfuros; los silicatos de Fe se presentan en las facies de carbonatos. Supotencia es desde pocos centímetros a cientos de metros y es raro que sean continuas másallá de unos pocos kilómetros de corrida. La asociación con volcanitas ha hecho que sefavorezca un origen volcanogénico exhalativo para este tipo de formaciones de hierrobandeado.

BIF Tipo Superior: Estas son rocas finamente bandeadas en su mayor partecorrespondientes a las facies de óxidos, carbonatos y silicatos. Usualmente están libres dematerial clástico. Una característica prominente de estos BIF es un bandeamiento rítmicode capas ricas en Fe y capas silíceas pobres en Fe, las cuales normalmente varían enespesor desde un centímetro a un metro aproximadamente. Este bandeamiento es distintivoy permite la correlación de BIF por distancias considerables (Ej. en Australia occidental elHamersley Brockman BIF puede correlacionarse sobre 50.000 km2).

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Los BIF tipo Superior están asociados a cuarcitas, y lutitas carbonosas, así como consecuencias de conglomerados, dolomitas, chert masivo y arcillolitas. Las rocas volcánicasno siempre están asociadas con este tipo de BIF, pero frecuentemente pueden estarpresentes en la columna estratigráfica. Los BIF tipo Superior pueden extenderselateralmente por cientos de kilómetros y variar su espesor desde decenas de metros acentenas de metros. Las secuencias en las que se presentan estos BIF se presentan engeneral discordantes sobre un basamento con alto grado metamórfico y los BIF, por logeneral, están presentes en la porción inferior de la secuencia.

Las estructuras sedimentarias de los BIF tipo Superior indican que ellos se formaron enaguas someras en plataformas continentales, en cuencas evaporíticas cerradas porbarras, zonas costeras planas o en cuencas intracratónicas.

En Chile existen depósitos de hierro bandeado en la Cordillera de la Costa a 150 km al surde Concepción en las inmediaciones del lago Lleu-Lleu (depósitos de Relún o Lleu-Lleu),los que forman parte de una serie de esquistos micáceos. Los afloramientos conocidos sedistribuyen en un área de 20 km de longitud en sentido NE y 10 km de ancho y el nivelferrífero tiene 20 m de espesor, está intercalado con esquistos micáceos y constituido porvarias capas, algunas más ricas en sílice y otras en hierro. Estos depósitos se hanconsiderado afines a los BIF (Ruiz et al., 1965) y el mineral que los forma tiene laminacióny está constituido casi exclusivamente por cuarzo granular y magnetita fina, con unamartitización poco importante, correspondiendo a facies de óxidos. Los niveles con óxidode Fe contienen entre 23 y 41% Fe y 32 a 57% SiO2, y no existen cuerpos conenriquecimiento hematíticos de alta ley. Cabe señalar que los esquistos que contienen lamineralización de hierro de Lleu-Lleu presentan edades radiométricas correspondientes alCarbonífero, las que corresponderían a la edad del metamorfismo. La edad del protolito esincierta y plantea interrogantes respecto a la filiación de los depósitos de Fe bandeado y/ola interpretación de los datos geocronológicos.

Aparte de los depósitos de Relún se conoce la existencia de rocas ferríferas similares enNueva Imperial (60 km al W de Temuco y 60 km al sur de Relún), pero ninguno de estosdepósitos ha sido explotado en Chile.

DEPOSITOS DE HIERRO OOLITICO

Los depósitos sedimentarios de hierro fanerozoicos (del Cámbrico en adelante) no sonbandeados, sino que corresponden a niveles masivos de rocas oolíticas1 con óxidos,silicatos y carbonatos de Fe y cemento de siderita (carbonato de Fe). La importanciaeconómica de estos depósitos sedimentarios de Fe actualmente es menor debido a sus bajasleyes y difícil beneficio, dado que las menas incluyen silicatos; en Inglaterra la minería deeste tipo de depósitos fue muy importante en el pasado, pero actualmente no se explotan.Existen dos tipo de depósitos de hierro oolítico, los Tipo Clinton presentes en secuenciassedimentarias marinas someras de EEUU y constituidos por niveles masivos de roca

1 Oolítica se refiere a una roca sedimentaria constituida por un agregado de oolitos, los que son pequeñoscuerpos esféricos formados por acreción, parecidos a huevos de pescado, con un diámetro de 0,5 a 2 mm.

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oolítica con hematita – chamosita – siderita y los Tipo Minette, más comunes sobre todo enEuropa y que están formados por rocas oolíticas con limonita, siderita y chamosita.

Tipo Clinton: Uno de los depósitos más grandes de mena de Fe oolítica se encuentra en laFormación Clinton, la cual aflora esporádicamente en el estado de Nueva York hastaAlabama en el sur donde los niveles ferríferos alcanzan su mayor espesor del orden de 6 m;esta es una secuencia de edad Silúrica constituida por arenisca impregnada en hierro,pizarra y hematita oolítica finamente estratificadas. Localmente las capas son calcáreas ygradan a calizas impuras; tienen abundantes fósiles y estructuras sedimentarias tales comoestratificación cruzada, grietas de barro, trazas de animales, y oolitas indicativos de unambiente marino somero. El hierro fue llevado a cuencas sedimentarias poco profundas ylentamente oxidado y precipitado al mismo tiempo que se acumulaban otros sedimentos.Experimentalmente se ha demostrado que el agua aireada de ríos con pH 7 o más bajo soncapaces de llevar importantes cantidades de Fe ferroso en solución (Fe2+), si dicha soluciónentre en contacto un medio marino donde el carbonato de Ca sólido está en equilibrio conagua de mar, el hierro será precipitado como óxido férrico, tanto en el agua, comoreemplazo del carbonato de Ca; consecuentemente esta es la explicación más aceptada parael origen de los depósitos oolíticos de Fe.

El contenido de Fe de los depósitos oolíticos tipo Clinton es de 32-45% Fe, con 5-20%CaO, 2-25% SiO2, 2-5% Al2O3, 1-3% MgO, 0,25-1,5% P y 0,5% S. Su contenido deAl2O3 y P es notablemente más alto que en los BIF y los depósitos oolíticos no se asociana capas de chert, toda la sílice se presenta en silicatos de Fe. El volumen de estos depósitosoolíticos fanerozoicos es notablemente más pequeño en comparación a los enormesdepósitos de hierro bandeado del precámbrico.

En Newfoundland en la costa oriental de Canadá existe el depósito de Wabana que estáconstituido por niveles ferríferos con potencia variable desde pocos centímetros hasta 9 mubicados en lo 120 m superiores de una secuencia de areniscas y pizarras marinas somerasdel Ordovícico. Solo los niveles más potentes han tenido importancia económica eincluyen oolitas de chamosita y siderita en capas concéntricas dentro de una matriz desiderita. Las capas ferríferas se presentan en un área de 130 km2, pero las operacionesmineras se han verificado en una distancia de 4 km, en una décima parte de la extensión delos depósitos. La mena tiene un promedio de 51,5% Fe, 11,8% SiO2, 0,9% P.

Tipo Minnette: Estos son los depósitos de hierro oolítico más comunes y estánampliamente distribuidos en rocas mesozoicas de Europa, siendo los más importantes losde Alsacia y Lorena y de Luxemburgo, los que se encuentran en pizarras, areniscas ymármoles del Jurásico Medio. Las menas tienen del orden de 30-35% Fe en una ganga decarbonato de Ca y sílice. Estas menas proporcionan el total de hierro usado en la industriadel hierro y acero de Europa occidental. Los oolitos están constituidos principalmente porlimonita, aunque incluyen siderita, chamosita y hematita. El alto contenido de carbonato deCa (5-20%) los diferencia de los BIF y su presencia es favorable ya que se requiere comofundente; muchas de estas menas son auto-fundentes. Los contenidos medios de este tipode depósitos son de 31-37% Fe, 6-16% SiO2, 5-19% CaO, 4-7% Al2O3, 1,3-2,3% MgO,0,02-0,03% Mn, 0,08-1,18% P y 0,08-0,23% S.

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Existen depósitos de hierro oolítico del tipo Minnette en el NW de Argentina y SW deBolivia en rocas sedimentarias marinas someras del Silúrico Inferior; minas 9 de Octubre yPuesto Viejo con 826 Mt de mena ferrífera.

A diferencia de las Formaciones de Hierro Bandeado (BIF), los depósitos oolíticos tipoClinton o Minnette no muestran separación de facies de óxidos, carbonatos y silicatos, sinoque los minerales están íntimamente mezclados, frecuentemente en una misma oolita.

YACIMIENTOS SEDIMENTARIOS DE MANGANESO

La depositación de manganeso se produce en sedimentos marinos poco profundos (50-300m), principalmente carbonatos, arcillas y areniscas glauconíticas, comunmente con capas deconchas (coquinas), en secuencias transgresivas asociadas a cuencas anóxicas en áreascratónicas estables o márgenes de cratones.

Los depósitos sedimentarios de Mn y sus equivalentes metamórficos producen la mayorparte del Mn en el mundo. La otra fuente son los depósitos residuales de Mn.

La producción mundial de Mn en 1994 fue de 22,1 Mt y los productores principales fueros:China (7,0 Mt), Ucrania (2,98 Mt), Sudáfrica (2,87 Mt), Brasil (2,5 Mt), Australia (1,99Mt), India (1,60 Mt) y Gabón (1,44 Mt).

La producción de manganeso chilena es modesta alcanzando a 63.670 toneladas en 1997 yproviene de la explotación de yacimientos del Cretácico Inferior de la IV Región por laempresa Manganesos Atacama, que es una subsidiaria de la Compañía Minera del Pacífico.Los depósitos chileno de Mn se presentan en la parte sur de la III Región y en la IV Región:Distritos de Carrizal y Las Timbles en la III región y los distritos Arqueros, Lambert,Romero, La Liga, Arrayán, Corral Quemado y Fragua en la IV Región.

La existencia de estos depósitos dentro de rocas estratificadas del Cretácico Inferior se hadenominado como la “cuenca del manganeso” (Biese, 1956) y existen tres nivelesmanganesíferos en las formaciones Arqueros y Quebrada Marquesa del Cretácico Inferior(Neocomiano a Albiano). Estas Formaciones incluyen calizas marinas que alternan conpotentes secciones de rocas volcánicas y volcanocásticas.

Los mantos con Mn tienen una potencia media de 1 m y están constituidos por bandas de1–10 cm de braunita (Mn2+Mn3+6SiO12) y psilomelano ((K,H2O)2Mn5O10) separadas porareniscas volcánicas.

También en la Cordillera de la Costa de la región de Loncoche (Cautín) y Valdivia existenniveles de 0,25 a 2,0 m de potencia de cuarcita con pirolusita (MnO2) y rodonita((Mn2+,Fe2+,Mg,Ca)SiO3), la que es concordante dentro de esquistos micáceos paleozoicos.Estos depósitos de manganeso carecen de importancia económica y se supone quesedimentaron junto con la secuencia clástica que fue metamorfizada.

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El manganeso tiene amplias aplicaciones industriales en: alimentos, fertilizantes,fungicidas, fundentes, fragancias, sabores, fundiciones, ferritas, tubos fluorescentes,químicos, lixiviación y aleaciones con hierro (acero con manganeso). Es un oxidante,desoxidante, colorante, blanquedor, insecticida, bactericida, alguicida, lubricante, nutriente,catalizador, secador, secuestrador, etc. Para cada uso particular el mangnaneso debe ser deun tipo particular y algunos proveedores se han especializado en proveer menas especiales.Un uso importante del Mn es en las pilas comunes de Zn-carbón, en las cuales el relleno esde óxido de Mn, el cual actua como oxidante o despolarizador; para este uso se requiere>80% MnO2, <0,005% metales y nada de nitratos.

La geoquímica del Mn es similar a la del Fe y los dos elementos deberían moverse yprecipitar juntos en el ambiento exógeno. Esto efectivamente ocurre en algunos de losdepósitos precámbricos. Por ejemplo en el distrito Cuyuna en el sector del Lago Superior(USA) el Mn alcanza hasta 20% de las menas de hierro bandeado. Sin embargo, en otrasáreas existe una separación completa del Fe y Mn existiendo menas sedimentarias de Fe sinMn y menas de Mn solo con trazas de Fe. Esto ha sido un rompecabezas para los geólogos,pero aparentemente la separación de los metales parece depender del pH de las aguas.Aguas ácidas (bajo pH) retienen el Mn disuelto más tiempo que al Fe y las alcalinas (altopH) o menos ácidas precipitan los óxidos de Fe y Mn juntos.

La solubilidad del Fe y Mn es función de su estado de oxidación; en estado reducido ambosson muy solubles, pero cada uno forma óxido muy insoluble.

Los compuestos de Fe en la naturaleza son menos solubles que los de Mn y el ion ferrosoes oxidado más fácilmente que el ion manganoso. Por consiguiente, el Fe va a precipitarprimero que el Mn y en ambiente exógeno el Mn se dispersará más rápido que el Fe enprocesos de meteorización o de alteración. La oxidación y solubilidad diferencial del Mn yFe parece ser la explicación más lógica, pero el problema de la separación de sedimentos deFe y de Mn no ha sido resuelto.

En la formación de depósitos sedimentarios la anoxia en cuencas sedimentarias jugaría unrol fundamental. Los depósitos mayores de Mn se formarían en los bordes de cuencasintracratónicas marinas someras en las que las aguas estancadas carecen de oxígeno. Laausencia de oxígeno conduciría al aumento de Mn disuelto en las aguas más profundas dela cuenca (en estado reducido; ion manganoso) en cuyo fondo se depositan lutitas negras ysiguiendo una transgresión marina precipitaría el Mn en la zona poco profunda y oxidantede la plataforma marina. Consecuentemente los depósitos de Mn sedimentarios seconsideran una facies lateral de lutitas negras formadas en cuencas anóxicas. Cabedestacar, que en el caso de la “cuenca del manganeso” de la IV Región de Chile los nivelescon manganeso corresponden justamente a secuencias transgresivas.

El origen del Mn disuelto en las cuencas es menos claro: podría ser lixiviado de las rocaspor los procesos de meteorización (descomposición de minerales ferromagnesianos),transportado por corrientes de aguas a cuencas cerradas y protegidas próximas yprecipitado por oxidación en las porciones costeras de la cuenca. Sin embargo, el Mntambién puede haberse originado en emanaciones volcánicas subacuáticas, ya sea demateriales piroclásticos que se descomponen en los fondos marinos o por actividad

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hidrotermal relacionada al volcanismo submarino. Sea cual fuere el origen del Mn este sedisolverá en el ambiente reductor de cuencas anóxicas y se depositará en condicionesoxidantes costeras, particularmente durante una ingresión.

Los minerales más comunes en los depósitos son pirolusita (MnO2) y psilomelano((K,H2O)2Mn5O10); los carbonatos se presentan hacia el inetrior de las cuencas y sonmanganocalcita (calcita con Ca y Mn) y rodocrosita (MnCO3).

NODULOS DE MANGANESO

Estas son concentraciones modernas que se presentan en los fondos pelágicos de losocéanos Pacífico, Atlántico e Indico. Son concreciones que contienen Fe, Mn, Cu, Co, Ni,etc. que se encuentran dispersas en las llanuras oceánicas, dorsales meso-oceánicas actívase inactivas, en el borde continental y pisos oceánicos profundos entre 2000 y 6000 m deprofundidad.

Los nódulos de manganeso están presentes principalmente en aquellas áreas donde sedepositan arcillas pelágicas (razón de depositación 7 m/Ma). Raramente se encuentran enla plataforma continental, en capas de turbiditas abisales o en depósitos biogénicoscalcáreos o silíceos de áreas ecuatoriales y altas latitudes.

Muchas de las arcillas pelágicas son rojas, de grano muy fino y altamente oxidadas; enalgunas áreas están acompañados por sedimentos de radiolarios y diatomeas (caparazonessilíceas de micoorganismos planctónicos); el contenido de carbón es de <1%. En el oceanoPacífico los nódulos están asociados a sedimentos clásticos terrígenos y rocas volcánicas,concentrandose los nodulos en los niveles de arcillas rojas y limos de radiolários. Lasuperficie de distribución de los nódulos en los fondos marinos actuales es de millones dekm2, pero es irregular en el plano horizontal y existen áreas estériles. Los depósitos sepresentan como capas en el piso marino con un espesor medio de 5 m.

Los nódulos en sí son concreciones esferoidales, discoidales a irregulares, con anillos decrecimiento. También existen costras e impregnaciones. La mayoría de los nódulos tienenpocos cm de diámetro, alcanzando a 30 cm en áreas donde la velocidad de sedimentación esmínima. En áreas de sedimentación arcillosa los nódulos son más pequeños variando desdemilimétricos a centimétricos. En peso van desde escasos gramos a centenares de kg; se haencontrado uno de 850 kg. Tienen aspecto terroso y algo friable, de color rojizo, marrón onegro; densidad 2-3 y alta porosidad. Su textura superficial varía de liso, arenoso, botroidale irregular. Internamente crecen en capas concéntricas en torno a un núcleo que puede serun fragmento volcánico, nódulos antiguos, partículas orgánicas o detríticas y aun dientes detiburón. La velocidad de crecimiento de los nódulos de Mn es de pocos mm/Ma; se hanencontrado nódulos de 20 cm de diámetro formados en 10 Ma. Se considera que el nódulopuede permanecer en el fondo oceánico 5 millones de años en promedio antes de serenterrado.

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La composición de los nódulos de manganeso es:

Rango 8-40 % Mn Promedio 20 % Mn2,5-26,5 % Fe 16 % Fe0,02-2,5 % Co 0,33 % Co0,2-2,0 % Ni 0,6 % Ni0,03-1,6 % Cu 0,35 % Cu0,02-0,35 % Pb0,03-0,04 % Zn0,0003 % Ag

Su mineralogía incluye:Vernadita MnO2 x nH2O; incorpora Co y NiPsilomelano nMnO x MnO2 x nH2OTodorokita (Ca, Na, K. Ba, Mn2+)2 Mn5O12 x nH2OBirmessita (Ca, Na) (Mn2+, Mn4+)7 O14 x 3H2O; incluye Ni, Cu, ZnHidróxidos férricos.

Es un hecho concreto que estas concreciones metalíferas se forman en las porciones de losocéanos donde la sedimentación es mínima, pero la fuente de los metales que precipitan esmateria de controversia, se han planteado las siguientes alternativas:

1. Intemperismo continental, transporte por los ríos al mar.2. Lixiviación de la corteza oceánica recién formada en las dorsales meso–oceánicas por

los sistemas hidrotermales marinos, sobre todo de rocas máficas.3. Diagénesis anóxica de los sedimentos hemipelágicos permitiendo liberar el Fe, Mn, etc.

de los fondos oceánicos entre 200 – 800 m donde los valores de oxígeno son muy bajostransportandolos a delgadas capas oxidadas superficiales.

4. Diagénesis óxica de sedimentos pelágicos enriqueciendose en metales trazas dentro delos sedimentos oxidados.

5. Extracción biológica de animales muertos en el océano.6. De las aguas oceánicas.7. De sistemas hidrotermales volcánicos relacionados a las dorsales meso-oceánicas.

Para el transporte de los metales se ha planteado:

1. Transporte vertical por partículas como masas fecales, plancton o arcillas que atraviesanen agua marina en forma suspendida.

2. Difusión de metales disueltos en sedimentos casi superficiales del piso marino, dondelas reacciones diagenéticas anóxicas y óxicas incrementan el contenido de metal.

La depositación de coloides y suspensiones de Fe y Mn en el fondo del mar ocurre por:

1. Precipitación química de metales del agua marina, especialmente cerca del fondomarino donde se presenta el contenido máximo de estos elementos.

2. Por actividad bacteriana en los sedimentos marinos superficiales del piso oceánico ynódulos.

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3. Por actividad de microfauna epibentonica en los nódulos, especialmente foraminíferosque contribuyen al crecimiento nodular.

4. Depositación preferencial de metales disueltos en el agua en minerales de Fe-Mn comotodorokita.

Los recursos en los océanos alcanzan a 2,5 x 1012 ton métricas; estos recursos doblan lasreservas mundiales actuales de Fe y Mn. Los recursos de Ni alcanzan a 20.000 millones detoneladas, los de Co y Cu a 10.000 millones de toneladas métricas con 1,7 % Co y 1,4 %Cu.

Frecuentemente se ha especulado que el beneficio de los nódulos de manganeso de losfondos oceánicos podría reemplazar en el futuro la minería de cobre en roca dura en áreascontinentales; sin embargo hasta la actualidad no existe una tecnología que permitarecuperarlos en forma económica de las profundidades oceánicas y la remoción de lasarcillas pelágicas que los contienen enturbiaría los océanos y afectaría el medio ambientemarino.

YACIMIENTOS DE METALES BASE EN ROCAS SEDIMENTARIAS

Si existen iones metálicos en aguas y condiciones redox para la precipitación, existe laposibilidad de formar un depósito mineral sedimentario. Esta condiciones pueden darse encuencas sedimentarias donde restos de materia orgánica en descomposición o la acciónbacteriana genera un medio reductor excepcional y donde la depositación clástica esprácticamente nula. Si bien, el mecanismo de precipitación de metales tiene una basequímica inobjetable en un medio sedimentario reductor, se plantea el problema de la fuentede los metales, ya que el agua de mar no los contiene en cantidad suficiente.

El Küpferschiefer del Norte de Europa es probablemente la pizarra o lutita rica en cobre(pizarra calcárea bituminosa) más conocida. Esta yace cerca de la base de la FormaciónZechstain del Pérmico Medio. El Küpferschiefer tiene solo 60 cm de potencia media, perose extiende desde el norte de Inglaterra hacia el este a través de Holanda, Alemania y hastaPolonia en un área de 600.ooo km2, que parece corresponder a un largo brazo de marsomero del Pérmico de Europa. No toda el área posee leyes económicas, solo 1% del áreaposee leyes >0,3% Cu y 5% de ella tiene >0,3% Zn. Se trata de una secuencia transgresivaque incluye un conglomerado basal (debajo del nivel cuprífero) y está cubierto por calizasdel Zechstein.

La secuencia tiene una base de capas rojas del Pérmico Inferior (conglomerados y areniscasrojas; Rotliegendes), seguido de la pizarra del Küpferschiefer y de las calizas del Zechsteindel Pérmico Medio a Superior. El ambiente de sedimentación del Küpferschiefercorrespondería a planicies costeras dentro del nivel de mareas o levemente encima de ellasy en condiciones de clima árido a semi-árido (sabkha); este ambiente se desarrolló a medidaque el mar Pérmico transgredió las arenas del desierto.

La mineralización se presenta en el nivel Küpferschiefer, pero se extiende dentro de lascalizas superiores y las areniscas rojas del Rotliegendes infrayacentes. El cobre y otros

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metales están diseminados en la matriz de las rocas como sulfuros de grano fino e incluyenprincipalmente: bornita, calcosina, calcopirita, galena y esfalerita. Estos mineralescomúnmente reemplazan cemento de calcita pre-existente, fragmentos líticos y granos decuarzo, así como a otros sulfuros. En el distrito de Lubin existen venillas de yeso, calcita ymetales base, las cuales incrementan las leyes significativamente y se han interpretadocomo fracturamiento hidráulico. Además, existe una zona de enrojecida conocida comofacies Rote Faüle, la que tendría un origen diagenético superimpuesto post-sedimentario ytransgrede los contactos litológicos y el cobre se presenta inmediatamente encima de estafacies roja y la mineralización de Pb-Zn se presenta encima de la del cobre; esto significaque en la formación de los depósitos ha jugado un rol la diagénesis de los sedimentosPérmicos y, de hecho, la delineación de la facies roja se ha utilizado para localizar nuevoscuerpos mineralizados.

Las zonas de facies de Rote Faüle son coincidentes con altos subyacentes del basamento yla zonación mineral mantea hacia fuera de esos altos hacia los centros de las cuencas. Estoha hecho que muchos autores asignen un origen diagenético a la mineralización delKüpferschiefer, mismos que han destacado las texturas de reemplazo de las menas. Porotro lado los singenetistas se afirman en las evidencias de terreno y, sobre todo, en laenorme extensión de los yacimientos estratiformes que se explica mejor por lasedimentación. Sin embargo, las enormes cantidades de metales base y azufre contenidospor los estratos plantean interrogantes puesto que estos no son productos sedimentarioscomunes.

El Küpferschiefer se ha explotado en Mansfield, Alemania por aproximadamente 1000años, pero los depósitos más relevantes se encuentran en Polonia donde el K¨pferschieferpresenta de 0,4 a 5,5 m de potencia y su contenido de 1,5% Cu. Los depósitos polacos sedistribuyen en un área de 30 x 60 km y se encuentran de 600 a 1500 m de profundidad, conreservas de 3000 Mt con 1% Cu, lo que hace que Polonia sea el mayor productor de cobrede Europa.

Muchos autores, sobre todo europeos, han sugerido un origen sedimentario singenético paralos sulfuros metálicos del Küpferschiefer, otros autores prefieren un origen exhalativosedimentario similar a los SEDEX, donde el aporte metálico provendría de fuentes termalesderivadas del volcanismo submarino o gradientes térmicas anómalas. Las texturas dereemplazo y la existencia de zonas rojas de probable origen diagenético a las que serelacionan los cuerpos de mayor ley de cobre indican que hubo movilización de metalesdurante los procesos de litificación de la secuencia sedimentaria Pérmica, pero esto nonecesariamente descarta que los metales fueran precipitados químicamente en un marsomero, puesto que la diagénesis puede haber removilizado metales previamentesedimentados. Sin embargo, el gran volumen de metales contenidos en el Küpferschieferplantea ciertamente interrogantes respecto a su fuente.