Minerales pesados - Universidad de los Andes

[ notas. GEOCIENCIAS ]
Minerales pesados:
una herramienta para reconstruir el pasado a
partir de las rocas
Las rocas sedimentarias son aquellas que se forman a partir de la acumulación de sedimentos, fragmentos que fueron desprendidos de una roca parental o de organismos.
Estos sedimentos son transportados hasta una cuenca sedimentaria mediante sistemas fluviales, marinos o eólicos.
Al aumentar la cantidad de sedimentos en una cuenca, la
presión ejercida sobre los mismos es mayor y ocurren procesos de enterramiento, un paso necesario para endurecer
los sedimentos y convertirlos en una roca. Posteriormente,
fuerzas tectónicas, como por ejemplo el choque entre placas, deforma la corteza, lo cual posibilita que estas rocas
se desplacen desde el subsuelo a la superficie. Una vez en
la superficie, las rocas quedan expuestas en sitios donde
los seres humanos las podemos apreciar y estudiar. Su estudio nos da pistas acerca de los ambientes en el pasado,
la distribución de los ríos, montañas y océanos, e incluso
de organismos como animales y plantas.
Nicolás
Pérez Consuegra
Estudiante de pregrado
en Geociencias en la
Universidad de los Andes
[email protected]
Aura
Cuervo Gómez
Estudiante de pregrado
en Geociencias en la
Universidad de los Andes
[email protected]
Estudios recientes han demostrado que tan solo el 16% de la superficie de los continentes está conformada por cuencas sedimentarias, o posibles áreas de deposición de sedimentos, mientras que el
resto (84%) son altos topográficos, que impiden la conservación de los sedimentos, y, por el contrario,
favorecen la erosión y el flujo de los mismos hacia tierras bajas [1, 2]. Estos porcentajes nos indican
que la probabilidad de que los sedimentos sean transportados por un río, depositados y preservados
es realmente baja, y por lo tanto, tener acceso a una secuencia de rocas sedimentarias representa una
oportunidad invaluable para reconstruir parcialmente la historia de la tierra.
El hecho de que estas rocas estén compuestas de fragmentos condujo a algunos investigadores a preguntarse si era posible identificar la fuente o roca preexistente de la cual derivaron (una revisión completa de este tema puede consultarse en [3]). Gracias a estas preguntas se desarrollaron las técnicas
actualmente conocidas como análisis de procedencia, que son empleadas tanto en la industria minera y
petrolera como en la academia. Las pioneras fueron las empresas mineras, que se dieron cuenta de que
para localizar un depósito mineral podían muestrear los sedimentos —minerales pesados en distintos
puntos en un sistema de drenaje— e ir localizando la fuente aguas arriba (figura 2).
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Figura 1. Diferentes tipos de minerales pesados. Fotografías tomadas con un microscopio de luz polarizada.
Fuente: Nicolás Pérez Consuegra
En los estudios de procedencia, una de las técnicas más utilizadas es
el análisis de minerales pesados, para la cual se requiere disgregar una
roca sedimentaria —arenisca—, hasta obtener los granos separados
o arena. Posteriormente, los minerales que tienen una densidad mayor
que la del cuarzo y los feldespatos (en general se utiliza 2,9 gr/cm3
como umbral) se separan de la roca mediante técnicas que incluyen
magnetismo, tamizado y líquidos densos, entre otros (figura 2). De esta
manera se obtiene una muestra compuesta únicamente por minerales
pesados y se puede proceder a su estudio.
Los minerales pesados se consideran accesorios, es decir, solo forman
un pequeño porcentaje en volumen del total de una roca sedimentaria,
a diferencia de minerales considerados livianos, como el cuarzo y los
feldespatos, que tienden a representar porcentajes considerables. Los
minerales pesados son muy diversos; en las rocas se pueden reconocer
más de cincuenta, y muchos son interesantes desde el punto de vista
económico, como, por ejemplo, el oro. Por otro lado, la paragénesis de
muchos de estos minerales está restringida a ciertas condiciones de
presión y temperatura; por tanto, identificarlos y determinar su historia
y edad permite relacionar la unidad en la que se encontraron, con una
roca fuente de las mismas características.
¿CÓMO SE ESTUDIAN LOS MINERALES PESADOS?
Existen diferentes técnicas, como la observación bajo el microscopio de
luz polarizada —petrografía— y análisis químicos. La primera de estas
técnicas nos permite reconocer los tipos de minerales que tenemos en
una muestra (figura 1), debido a que tienen propiedades ópticas como
color, ángulo de extinción, pleocroísmo y figura de interferencia, entre
otras. Algunas de estas propiedades pueden ser comunes en varios minerales, pero en la mayoría de los casos, alguna de ellas varía entre los
mismos y posibilita diferenciarlos. Por otro lado, los análisis químicos
nos permiten conocer detalles como la edad, composición química del
mineral e historia de su formación.
¿PARA QUÉ NOS SIRVE TENER ESTA INFORMACIÓN?
Una vez determinadas las características de una muestra de minerales
pesados, se buscan cuerpos de roca similares en una región medianamente cercana y se identifica como área fuente. Por ejemplo, si en
la muestra se encuentran minerales asociados a rocas metamórficas,
como estaurolita o silimanita, se puede inferir que el área fuente es
una unidad metamórfica, y no un área con rocas volcánicas. En otro
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ejemplo, si al realizar análisis químicos en un zircón de una muestra
se obtiene una edad de 50 millones de años, entonces la roca que dio
origen a esos minerales debe tener la misma edad.
Uno de los conceptos fundamentales en geología es que las rocas se
distribuyen en la superficie terrestre de manera finita. Así, un cuerpo de
roca abarca un área que puede ser cartografiada o dibujada sobre un
mapa. Por lo tanto, si observamos el mapa geológico de una región, por
ejemplo, Colombia (figura 3), veremos que el territorio está compuesto
por muchas unidades de roca, cada una restringida a un área específica.
Estas unidades de roca han sido clasificadas de acuerdo a los procesos
que las formaron: ígneos, metamórficos, volcánicos y sedimentarios. Además, en muchos casos se conoce su composición mineral y su edad. De
esta manera, los mapas geológicos son fundamentales para discriminar
las posibles áreas fuente de una muestra de minerales pesados.
En los últimos años, aprovechado las excavaciones de ampliación del canal
de Panamá, se han realizado numerosos estudios geológicos y paleontológicos en ese país, liderados por el Smithsonian Tropical Research Institute
en colaboración con otras instituciones, entre las que se encuentra la Universidad de los Andes. En un estudio reciente, un grupo de investigadores
liderados por el profesor Camilo Montes, del Departamento de Geociencias, estudiaron rocas en Panamá para entender cómo estaban distribuidas, cuál era su edad y en qué condiciones se formaron, con el fin de
incrementar el conocimiento sobre la fecha del cierre del istmo de Panamá
y el momento en el que se conectaron Norte y Suramérica [5] (figura 3).
Al estudiar en las rocas en Panamá un mineral pesado conocido como zircón, los investigadores pudieron determinar que algunas rocas de Panamá
se habían formado en un periodo comprendido entre 59 y 42 millones de
años antes del presente. Resulta interesante que no se hayan encontrado
rocas de 42 a 43 millones de años en Colombia, lo que ha permitido utilizar estas edades como una “huella digital” de Panamá. Esta característica
posibilitó plantear la hipótesis de que una vez conectados los dos continentes, surgirían ríos entre Colombia y Panamá que transportarían sedimento
(minerales y fragmentos de roca) de las montañas panameñas a algunas
cuencas situadas en Colombia y traerían consigo esta “huella digital”.
Con posterioridad, los investigadores decidieron estudiar los zircones
en las rocas sedimentarias de la zona noroccidental de Colombia. Esto
les permitió poner a prueba la mencionada hipótesis mediante el análisis de procedencia. Efectivamente, se encontraron zircones con edades
panameñas en rocas de Colombia. Debido a que la edad de las rocas
en las que se encontraron estos zircones es de diez a doce millones de
años, la conexión entre ambos terrenos se estableció en este intervalo
de tiempo, lo cual contrasta con las hipótesis anteriores, que proponían
que el cierre ocurrió hace tres o cuatro millones de años [6, 7].
Figura 2. a) Fotografías de algunos procesos de separación de minerales pesados; b) Ejemplo
de muestreo de minerales pesados en un drenaje con el fin de encontrar un depósito mineral.
Fuente: Nicolás Pérez Consuegra
Estudios como este demuestran que a partir del análisis de minerales
pesados es posible proponer hipótesis paleogeográficas que expliquen
la distribución de continentes y la geomorfología dentro de los mismos
a lo largo del tiempo. Estos estudios tienen implicaciones en el entendimiento del levantamiento de montañas, la formación de cuencas
sedimentarias y de sistemas fluviales en el pasado. •
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Figura 3. a) Mapa geológico de Colombia. Fuente: Servicio Geológico Colombiano; b) Figura modificada de Montes et al., 2015, que muestra la configuración paleogeográfica de SA y NA hace 10
millones de años y la conexión comprobada gracias a los zircones detríticos.
REFERENCIAS
[1] Nyberg B, Howell JA. Is the present the key to the past? A global characterization of modern sedimentary basins. Geology
2015; 43(7): 643-646.
[2] Weissmann GS, Hartleyb AJ, Scuderia LA, Nicholsc GJ, Owenb
A, Wrighta S. et al. Fluvial geomorphic elements in modern
sedimentary basins and their potential preservation in the rock
record: A review. Geomorphology 2015; 250: 187-219.
[3] Garzanti E. From static to dynamic provenance analysis: sedimentary petrology upgraded. Sedimentary Geology 2015; in
press.
[4] Mange MA, Maurer HF. Heavy minerals in colour. Chapman &
Hall London: Springer; 1992.
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[5] Montes C, Cardona A, Jaramillo C, Pardo A, Silva JC, Valencia V et al. Middle Miocene closure of the Central American
seaway. Science 2015; 348(6231): 226-229.
[6] Coates AG, Collins LS, Aubry MP, Berggren WA. The geology of
the Darién, Panama, and the late Miocene-Pliocene collision of
the Panama arc with Northwestern South America. The Geological Society of America Bulletin 2004; 116(11-12): 13271344.
[7] Duque-Caro H. Neogene stratigraphy, paleoceanography and
paleobiogeography in northwest South America and the evolution
of the Panama Seaway. Palaeogeography, Palaeoclimatology,
Palaeoecology 1990; 77(3-3): 203-234.
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