Procesos Supergenos en Depósitos Minerales

1. ¿Qué es el Nivel de Aguas Subterráneas y su Rol en la Alteración Supergena?

La alteración supergena es un proceso de reequilibrio de la mineralogía hipógena (hidrotermal) a las condiciones oxidantes cerca de la superficie terrestre (sobre el nivel de las aguas subterráneas).

Estas se alojan en los acuíferos bajo la superficie de la Tierra. Un acuífero es aquel estrato o formación geológica permeable que permite la circulación y el almacenamiento del agua subterránea por sus poros o grietas.

Los sulfatos de Cu y Ag generados por la lixiviación son solubles y son transportados hacia abajo por aguas meteóricas percolantes. Los cationes descienden en solución y pueden ser redepositados por reacción con iones carbonato, silicato, sulfato o sulfuro.

El Cu y Ag pueden formar minerales oxidados que permanecen en la zona oxidada, pero también pueden ser precipitados debajo del nivel de aguas subterráneas por los sulfuros hipógenos y formar sulfuros más ricos en Cu o Ag respectivamente, siendo este proceso más eficiente para el Cu que para el Ag (enriquecimiento secundario).

2. Proceso de Oxidación en la Superficie Terrestre

El oxígeno desempeña un papel principal en los procesos de oxidación en la atmósfera y la hidrosfera, y uno importante (aunque más complejo) en los de diferenciación magmática. Al respecto, la oxidación reviste especial importancia en la formación de las series magmáticas oxidadas con magnetita y series reducidas con ilmenita (propuestas por S. Ishihara). A las primeras, presentes en el arco magmático más cercano a la fosa oceánica, se asocian yacimientos sulfurados de Cu, Mo, etc., depósitos ferríferos y epitermales de Au-Ag, en tanto que los de Sn y W acompañan a un magmatismo menos oxidante, más alejado de la fosa oceánica. Es el caso de Chile (Cu-Fe-Au) y Bolivia (Sn-W), que se repite con una notable simetría especular en el margen del Pacífico Occidental.

3. Proceso de Meteorización

La meteorización desintegra las rocas existentes y aporta materiales para formar otras nuevas. Sin embargo, la meteorización desempeña también un papel importantísimo en la creación de los suelos que cubren la superficie de la Tierra y sustentan toda vida. Un suelo refleja, hasta cierto grado, el material rocoso del cual se derivó, pero la roca basal no es el único factor que determina el tipo de suelo, ya que diferentes suelos se desarrollan sobre rocas idénticas en áreas distintas cuando el clima varía de un área a otra. Por lo tanto, otros factores ejercen influencias importantes sobre el desarrollo del suelo, como el relieve, el tiempo y el tipo de vegetación.

La composición de un suelo varía con la profundidad. El afloramiento natural o artificial de un suelo revela una serie de zonas diferentes entre sí. Cada una de estas zonas constituye un horizonte, que representan, desde la superficie hacia adentro, las capas más meteorizadas o descompuestas y con diferentes acumulaciones de minerales por lixiviación o lavado del suelo, hasta llegar a la roca madre o fresca, de la cual se derivó el suelo. Estos horizontes de suelo se han desarrollado a partir del material original subyacente. Cuando este material queda expuesto por vez primera en la superficie, la parte superior queda sujeta a la meteorización intensa y la descomposición actúa rápidamente. Conforme avanza la descomposición del material, el agua que percola hacia abajo comienza a lixiviar algunos de los minerales y los deposita en niveles inferiores, los cuales con el paso del tiempo, se vuelven más gruesos y alcanzan mayores profundidades.

4. Proceso de Lixiviación en la Mineralogía Hipógena

Proceso resultante de la meteorización (alteración supergena) de depósitos minerales, en el cual la oxidación produce soluciones ácidas que lixivian metales transportándolos abajo y reprecipitándolos, con el consecuente enriquecimiento de los minerales sulfurados originalmente presentes. Muy importante en pórfidos cupríferos.

La eficiencia de la lixiviación depende de varios factores, pero uno de los más relevantes es la capacidad de la mineralogía hipógena de generar soluciones ácidas al reaccionar con los fluidos meteóricos percolantes y en este sentido la presencia de algunas menas es fundamental puesto que la descomposición de la misma genera ácido sulfúrico.

5. ¿Qué es un Agua Meteórica Percolante?

Es una parte del agua que se encuentra en la superficie de la tierra y se infiltra hacia las capas subterráneas formando ríos subterráneos que circulan hacia el mar.

6. Proceso de Enriquecimiento Secundario

Proceso resultante de la meteorización (alteración supergena) de depósitos minerales, en el cual la oxidación produce soluciones ácidas que lixivian metales transportándolos abajo y reprecipitándolos, con el consecuente enriquecimiento de los minerales sulfurados originalmente presentes. Muy importante en pórfidos cupríferos.

7. Proceso de Denudación y su Importancia en los Procesos Supergenos

Es un proceso geológico continuo en las áreas terrestres elevadas por sobre el nivel del mar o por sobre el nivel de base local de erosión; esto implica que en áreas cordilleranas los depósitos minerales de origen hidrotermal eventualmente serán sometidos a las condiciones oxidantes cercanas a la superficie terrestre. Los yacimientos epitermales que se forman cerca de la superficie y son fácilmente objeto de procesos supergenos. Además, los sistemas de tipo pórfido (formados a niveles algo más profundos) también son afectados por procesos supergenos al ser exhumados por la denudación.

8. Perfil Supergeno de un Pórfido Cuprífero

(Falta información para ejemplificar cada zona con un mineral típico)

9. Importancia de los Depósitos Hidrotermales en los Procesos Supergenos

Involucra la liberación de cationes metálicos y aniones sulfato mediante la oxidación de sulfuros hipógenos (lixiviación). Además, estos depósitos se ven modificados significativamente en su mineralogía afectando su metalurgia extractiva.

Los procesos de oxidación, lixiviación y redepositación de minerales supergenos se inicia una vez que los depósitos hidrotermales primarios son exhumados hasta la zona localizada por encima del nivel de aguas subterráneas y finalizan una vez que se forma una nueva asociación mineralógica en la zona oxidada estable en estas condiciones.

10. Rol del FeS₂ en la Alteración Supergena

La pirita (FeS₂) es un mineral importante tanto arriba como debajo del nivel de aguas subterráneas. Este mineral se meteoriza en la zona de oxidación a sulfato férrico (FeSO₄) y ácido sulfúrico (H₂SO₄) compuestos que se disuelven en las aguas percolantes en forma de iones SO₄^-2, H⁺, Fe³⁺ y Fe²⁺; estos componentes funcionan como lixiviantes, produciendo la disolución de metales en forma de sulfatos y su movilización o transporte descendente.

11. Importancia de la Estructura Geológica

La estructura es muy importante porque las zonas de falla o fracturas proveen la permeabilidad para la percolación de las aguas superficiales hasta niveles relativamente profundos de los depósitos y frecuentemente las zonas de falla incluyen volúmenes de rocas fracturadas, porosas, en las que es factible el desarrollo de los procesos supergenos, además las estructuras pueden contener una mayor proporción de minerales sulfurados susceptibles de ser descompuestos o modificados por los procesos supergenos.

12. Importancia de la Roca Caja

Las reacciones con los componentes alcalinos de las rocas neutralizan o hacen más básicas las soluciones descendentes (Ej. la hidrólisis de feldespato potásico o plagioclasas puede causar la precipitación.

13. Rol de las Bacterias

La actividad de estos microorganismos es importante en el proceso de oxidación natural de cuerpos mineralizados y su existencia ha permitido el desarrollo de tecnología de procesamiento metalúrgico de menas usando biolixiviación.

Existen varios tipos de bacterias que son capaces de derivar energía de la utilización de los minerales sulfurados (entre otras: Thiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus organoparus y Thiobacillus acidophilus). La actividad de estos microorganismos es importante en el proceso de oxidación natural de cuerpos mineralizados y su existencia ha permitido el desarrollo de tecnología de procesamiento metalúrgico de menas usando biolixiviación.