Documento Asociado 15 - Catálogo de Información

II
Semana de
Jóvenes Investigadores
del IGME
Editores:
David D. Bermúdez-Rochas
María Najarro
Cecilio Quesada
IGME
Madrid, 2007
SEMANA DE JÓVENES INVESTIGADORES DEL IGME ( 2.2006. Madrid)
II Semana de jóvenes investigadores del IGME / D.D. Bermúdez, M. Najarro, C.
Quesada, eds.- Madrid: Instituto Geológico y Minero de España, 2007.
174 pgs; ils; 24 cm
ISBN 978-84-7840-719-4
1. Investigación científica 2. Instituto Geológico y Minero de España
3. Congreso I. Bermúdez, D.D., ed. II. Najarro, M., ed. III. Quesada, C., ed. IV.
Instituto Geológico y Minero de España, ed.
0.891(460)
Ninguna parte de este libro puede ser reproducida
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ISBN: 978-84-7840-719-4
Depósito Legal: M-48083-2007
Prólogo
Entre los días 13 a 17 de noviembre de 2006 se celebró la II Semana de Jóvenes Investigadores del IGME,
dedicada a la presentación en sesiones temáticas de los resultados de la investigación llevada a cabo durante el año 2006 por los becarios y contratados en formación del Programa de Formación del Instituto. En
el acto inaugural fui acompañado por D. Eumenio Ancochea, Decano de la Facultad de Ciencias Geológicas
de la UCM, y por D. Ramón Álvarez, Subdirector de la ETSIM de Madrid. Ambos resaltaron la importancia
del Programa de Becarios que el IGME viene desarrollando ininterrumpidamente desde 1983 de cara a la
formación de profesionales capaces en el campo de las Ciencias de la Tierra, no solo para el propio Instituto
sino también para el conjunto de la sociedad, y animaron a continuar en esa línea.
Durante la Semana se celebraron 7 sesiones temáticas, correspondientes a las 7 líneas estratégicas prioritarias del vigente Plan Estratégico del IGME 2005-2009, en las que se presentaron un total de 42 comunicaciones orales y 28 pósters. Cada jornada contó además con una conferencia, a cargo de D. Gabriel Gutiérrez
Alonso, Profesor Titular de la Universidad de Salamanca (Los nuevos caminos de la Tectónica: construyendo el
paradigma de las Ciencias de la Tierra), D. Antoni Roca i Adrover, Director del Instituto Geológico de Cataluña
(Las actividades de I+D en el Instituto Geológico de Cataluña), Dña. Rosa Mediavilla López, Investigadora Titular
del IGME (El cambio climático desde la perspectiva de las Ciencias de la Tierra: problemática y oportunidades) y
por mi mismo (El IGME como Organismo Público de Investigación), El momento culminante de la II Semana
tuvo lugar el jueves 16 de noviembre, en la que el Secretario de Estado de Universidades e Investigación,
D. Miguel Ángel Quintanilla Fisac, habló de la reorganización prevista por el Gobierno de los Organismos
Públicos de Investigación en el marco de la reciente Ley de Agencias, charla seguida de un vivo debate con
los asistentes a la sesión.
Con el fin de completar los objetivos perseguidos con la celebración de estas semanas, la presente monografía recoge 25 contribuciones cortas de otros tantos investigadores jóvenes del IGME, que ofrecen un
panorama variado de buena parte de la actividad investigadora desarrollada en el Instituto. A todos ellos,
a sus tutores, a los revisores de los artículos y a los editores, entre los que se encuentran dos de los propios
investigadores jóvenes, mi más profundo agradecimiento y ánimo para culminar sus proyectos respectivos.
José Pedro Calvo Sorando
Director General del IGME
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Índice
Procedencia de los metasedimentos de la cuenca sin-orogénica de Pedroches (Mississippiense,
SO del Macizo Ibérico): petrografía, geoquímica e isótopos de Nd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
M. Armendáriz, R. López-Guijarro, Ch. Pin, F. Bellido y C. Quesada
11
Mineralizaciones de Sn y W asociadas al batolito de Jálama, Navasfrías (Salamanca),
Sistema Central Español . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
S. Barrios Sánchez y P. Florido
17
Primeros datos paleontológicos del yacimiento del Cretácico Inferior Vega de Pas 1
(Cuenca Vasco-Cantábrica, Cantabria, España) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
D.D. Bermúdez-Rochas, G. Delvene, J. Moratalla, J. Hernán y M. De la Fuente
Aproximación del balance hídrico e identificación de prácticas agrícolas históricas en la
cuenca de la Laguna de Fuente de Piedra (Málaga) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
P. Burdino, J. Heredia, A.García de Domingo, J. M. Ruiz
Modelo geológico de los depositos tipo IOCG (iron oxide-copper-gold) en la zona
de Ossa Morena (sw de españa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
J. Carriedo Veci y F. Tornos Arroyo
35
Propuesta de una nueva metodología específica de evaluación del riesgo de contaminación
de las aguas subterráneas por mercurio en el acuífero detrítico de la Plana de Castellón . . . . . . . . . . . . . . . .
E. Díaz Losada, J. López Gutiérrez, O. García Menéndez y B. J. Ballesteros Navarro
41
Estudio de la foto-reducción de Fe(III) en lagos mineros ácidos: corta de San Telmo (Huelva) . . . . . . . . . . . . . .
M. Diez-Ercilla, E. López-Pamo, F. J. Sánchez-España, E. Santofimia
49
Evolución de eventos climáticos extremos (inundaciones y sequías) para la zona central de
la Península Ibérica desde el siglo XVI a partir del registro de rogativas e inundaciones históricas. . . . . . . . . . . . . 57
F. Domínguez-Castro, J.I. Santisteban, R. Mediavilla, M. Barriendos.
Análisis de la evolución hidrodinámica del acuífero de Huéscar-Puebla (Granada). . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
F. Fernández-Chacón, J. C. Rubio-Campos y J. Benavente-Herrera
Biomineralizaciones de pirita-carbonatos mediadas por microorganismos
extremófilos en el Golfo de Cádiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
F. J. González, L. Somoza, L. M. Pinheiro, M. Ivanov, R. Lunar, J. Martínez-Frías,
J. A. Martín Rubí, R. León, V. Díaz del Río
65
71
Caracterización hidroquímica e identificación de procesos de salinización en el acuífero
kárstico litoral de la depresión de Benisa (Alicante) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Horacio L. Higueras García y Bruno J. Ballesteros Navarro
Evolución tectónica Neoproterozoica de la Zonas Ossa Morena y Centro Ibérica. Aplicación
del sistema isotópico Sm-Nd en rocas metasedimentarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
López Guijarro, Rafael
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II Semana de Jóvenes Investigadores del IGME
Metodología de caracterización hidrogeológica de acuíferos carbonáticos profundos como reserva
estratégica de aguas subterráneas. Caso de estudio: el acuífero jurásico de El Maestrazgo (Castellón, España) . . . . . 97
M. Marina
Integración de datos geoquímicos en las reservas de Valdelacasa y Guadalupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
S. Martínez Piedra, A. Bel-lan Ballester y J. Locutura Rupérez
Factores que controlan la sedimentación en el humedal costero de Almenara:
análisis geoquímico y estratigráfico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
J. F. Mediato, J. I. Santisteban, R. Mediavilla y C. J. Dabrio
Identificación preliminar de impactos del uso intensivo del agua subterránea en el sureste español:
Acuífero Serral-Salinas (Murcia-Alicante) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
J. L. Molina y J. L. García Aróstegui
Estudios de procesos de atenuación en aguas de mina en El Bierzo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
C. Moreno, O. Aduvire y E. Alberruche
Evolución de la plataforma carbonatada de La Florida durante el rifting del
Cretácico inferior (Aptiense, NO de Cantabria) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
M. Najarro, I. Rosales y J. Martín Chivelet
Descontaminación mediante electrodiálisis de un suelo arcilloso contaminado con Cr(VI) . . . . . . . . . . . . . . . 129
A. Nieto Castillo, R. A. García-Delgado, J. J Soriano
Aprovechamiento de los excedentes hídricos de las fuentes ufanes de Gabellí (Mallorca)
mediante recarga artificial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
G. Ortiz, J. A. de la Orden y J. M. Murillo
Estudio hidrogeológico de la Masa de Agua Subterránea Añavieja-Valdegutur
en el sector de Añavieja (Provincia de Soria, España). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
C. Pérez Bielsa, L. J. Lambán Jiménez
Estudio comparativo de marcadores moleculares en la caracterización geoquímica
de la materia orgánica sedimentaria de la plataforma continenal interna del Golfo
de Cádiz (so península ibérica) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
L. Sánchez García, J. R. de Andrés Alonso, J. A. Martín Rubí.
Análisis geomecánico de los grandes paleo-deslizamientos de flanco en Tenerife . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
J. Seisdedos
Estimación de la evapotranspiración a partir de la utilización de imágenes de satélite y
datos meteorológicos en el sector correspondiente al acuífero Almonte-Marismas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
S. Soto, A. Romo, C. Antón- Pacheco y J. L. Casanova
Atlas geotemático: herramienta para la difusión de información geocientífica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Valle López, Fernando Pérez, Ángel Prieto, Carlos Lorenzo
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COMUNICACIONES
Biomineralizaciones de pirita-carbonatos mediadas por
microorganismos extremófilos en el Golfo de Cádiz
F. J. González1, L. Somoza1, L. M. Pinheiro2, M. Ivanov3, R. Lunar4, J. Martínez-Frías5,
J. A. Martín Rubí1, R. León1, V. Díaz del Río6
Instituto Geológico y Minero de España (IGME). C/ Ríos Rosas 23, 28003 Madrid, España. E-mail: [email protected]
2
Departamento Geociencias e CESAM, Universidade de Aveiro, 3800-193 Aveiro, Portugal
3
UNESCO-MSU Centre for Marine Geology and Geophysics, Faculty of Geology, Moscow State University, Vorobjevi Gory, Moscow 119899, Russia
Departamento de Cristalografía y Mineralogía. Facultad de Ciencias Geológicas. Universidad Complutense de Madrid (UCM).
c/ José Antonio Novais 2, Ciudad Universitaria, 28040 Madrid, España
5
Centro de Astrobiología (CAB/CSIC/INTA). 29006 Torrejón de Ardoz (Madrid), España
6
Centro Oceanográfico de Málaga, Instituto Español de Oceanografía (IEO). Apdo. 285, 29640 Fuengirola (Málaga), España
1
4
RESUMEN. En este trabajo mostramos el estudio de costras y agregados de pirita y una chimenea carbonatada de las áreas del Guadalquivir Diapiric Ridge
y el Vernadsky Ridge (Atlántico Central este). Las muestras se recogieron en zonas de escapes de fluidos ricos en hidrocarburos (activas o inactivas en la actualidad) relacionadas con colonias de microorganismos y fauna quimiosintética. La pirita y carbonatos estudiados se formaron por oxidación anaeróbica de
metano mediada por arqueas en consorcio con bacterias sulfato-reductoras. Se presentan aquí una serie de evidencias texturales, geoquímicas, isotópicas y
de imágenes de video y cámara fotográfica submarina, que muestran el origen biogénico de las muestras estudiadas.
Palabras clave: Bacterias sulfato-reductoras, dolomita, emisiones de hidrocarburos, isótopos estables, pirita.
Pyrite-carbonate biomineralizations mediated by extremophile
micro-organisms in the Gulf of Cadiz
ABSTRACT. In this paper we present the study of pyrite crusts and aggregates and one carbonate chimney from the Guadalquivir Diapiric Ridge and the Vernadsky
Ridge areas (eastern Central Atlantic). Samples were collected from zones of emission of hydrocarbon-enriched fluids (presently active or inactive) linked with located
communities of micro-organisms and chemo-synthetic fauna. Pyrite and carbonates were formed by anaerobic oxidation of methane by archaea coupled with sulphatereducing bacteria. Evidences from textural features, isotopic S and C values, geochemical analyses and videos and photographs from the sea-bottom are presented here to
show the biogenic origin of these samples.
Key words: Dolomite, hydrocarbon seeps, stable isotopes, pyrite, sulphate-reducing bacteria.
del medio en el que viven, induciendo la precipitación de minerales dentro y alrededor de sus paredes celulares, dando lugar a
residuos minerales cuando mueren (ej., Ritger et al., 1987; Greinert
et al., 2002; Peckmann and Thiel, 2004). Sus pequeñas dimensiones y el consiguiente bajo volumen de biominerales producidos
por cada uno de ellos, es compensado por el elevadísimo número
de individuos de sus colonias (millones de ellos) así como por la
posibilidad de crecer muchas generaciones de los mismos en una
misma zona, dando lugar eventualmente a importantes depósitos
minerales biogénicos. Los campos de chimeneas carbonatadas y
volcanes de fango, descubiertos durante las campañas oceanográficas del proyecto TASYO y posteriormente explorados por el
programa TTR (IOC-UNESCO) (ej., Gardner, 2001; Díaz del Río
et al., 2003; Somoza et al., 2003) son el resultado combinado de
estos procesos bio-geoquímicos y de escape de fluidos. A estos
trabajos, pioneros en el Golfo de Cádiz, les han seguido las investigaciones de numerosos equipos multidisciplinares de diversas
nacionalidades (ej., Kopf et al., 2004; Van Rensbergen et al., 2005).
Los microorganismos que proliferan en estos medios de cold seep
INTRODUCCIÓN
El Golfo de Cádiz se sitúa en una zona de convergencia de las
placas Euroasiática y Africana con una compleja historia tectonosedimentaria, donde la presencia de estructuras ligadas a la migración y escape de hidrocarburos (volcanes de fango, montículos carbonatados, pockmarks y chimeneas y costras carbonatadas), es un
fenómeno destacado como sucede en otros márgenes compresivos
y pasivos de Europa (ej., Hovland et al., 1987; Peckmann et al., 2001;
Díaz del Río et al., 2003). En ellos aparecen grandes volúmenes
de carbonatos y en menor medida sulfuros (quimiohermos), generados por procesos mediados por microorganismos oxidadores de
metano y sulfato reductores respectivamente (Boetius and Suess,
2004). El medio donde se desarrollan estos organismos es inviable
para la vida de la mayor parte de los seres vivos: con ausencia de
luz solar, elevadas presiones hidrostáticas y una “atmósfera” cargada de metano, sulfídrico y ocasionalmente metales pesados (ej.,
Slack et al., 1998; Planke et al., 2003; Hein et al., 2006). Estos microorganismos extremófilos tienen la capacidad de adsorber iones
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II Semana de Jóvenes Investigadores del IGME
Electrónica Luis Bru (UCM) y el Laboratorio de Isótopos Estables de la Universidad de Salamanca. Los estudios petrográficos
se realizaron mediante microscopía óptica en láminas delgadas y
secciones pulidas así como por microscopía electrónica (SEM y
EPMA). Para los análisis de microsonda electrónica (EPMA), se ha
empleado un equipo JEOL Superprobe JXA-8900M dotado con
espectrómetros WDS. El equipo ha operado con un voltaje de entre 15 y 20Kv, una intensidad de corriente de 50nA, y permitiendo
realizar análisis con un haz de medida de diámetro 1-5 µm. Todos los patrones de medida empleados han sido suministrados
por proveedores internaciones de estándares. Las correcciones
ZAF se realizaron automáticamente mediante el software HP-NX
del equipo. Para el análisis textural 3D se ha empleado un equipo
de microscopio electrónico de barrido (SEM) modelo JEOL JM6400 dotado con espectrómetros de energía dispersiva (EDS). Las
muestras se metalizaron con oro. Para la identificación de fases
minerales, especialmente carbonatos, se ha utilizado también difracción de rayos X (DRX) por el método del polvo cristalino. Los
resultados se interpretaron con ayuda del software High Score y la
base de datos ICDD. Los isótopos estables de S se han determinado sobre SO2 obtenido por combustión de la muestra mediante
línea convencional del azufre y medida en espectrómetro modelo
SIRAII VG-Isotech. La precisión analítica está en torno al 0.2‰.
se encuentran sometidos a importantes cambios en las condiciones
físico-químicas de su hábitat. Por un lado debido a la propia situación batimétrica, situados a profundidades mayores de 700 m con
la consiguiente ausencia de luz solar y elevada presión hidrostática.
Además, la propia circulación oceánica imprime caracteres propios
al área, que se ve afectada por las oscilaciones entre agua atlántica
intermedia (NAIW) y profunda (NADW), y la irrupción del agua
mediterránea de salida (MOW) con elevada salinidad (≈ 37‰) y
temperatura de unos 12-13ºC (Hernández Molina et al., 2006). Por
otro lado las emanaciones de hidrocarburos biogénicos y termogénicos (Díaz del Río et al., 2003; Stadnitskaia et al., 2006; González et
al., 2007a) desde unidades infrayaccentes y la generación de sulfhídrico fruto de la sulfato reducción bacteriana ligada a la oxidación
de hidrocarburos (Boetius et al., 2000), generan un medio inhóspito
para la vida. Solo los organismos altamente especializados en estos
ambientes se desarrollan en los mismos.
El fin de esta investigación ha sido la búsqueda de las relaciones
existentes entre la actividad microbiana y los precipitados minerales
resultantes, mediante la caracterización petrográfica, mineralógica y
geoquímica de los materiales estudiados, así como a través del análisis del material fotográfico y de video submarinos obtenidos.
MATERIALES Y MÉTODOS
RESULTADOS
Las muestras utilizadas para la elaboración de este estudio, se obtuvieron mediante draga de arrastre y testificación de gravedad (TVcontrolled grab, box corer) en dos áreas diferenciadas del Golfo de
Cádiz (Campañas ANASTASYA 2001 y TTR-15) (Figura 1). En el
sector norte (Margen hispano-portugués) se muestrearon costras
de pirita, a unos 900 metros de profundidad, en las laderas de un
montículo fangoso-carbonatado del Guadalquivir Diapiric Ridge
(GDR). En el sector sur del Golfo de Cádiz (Margen Marroquí)
se obtuvieron agregados de pirita (cráter y flancos del Mercator
mud volcano) así como chimeneas carbonatadas en el área del Vernadsky Ridge (VR) a una profundidad de unos 500 metros. Todas
las muestras recolectadas en ambos sectores, aparecieron junto
a fango de color gris verdoso con un intenso olor a sulfhídrico
(mud-breccia), chimeneas y costras carbonatadas y algunos organismos quimiosintéticos de los géneros Pogonophora sp., Calyptogena sp y Acharax sp. (Cunha et al., 2002). Así mismo se realizaron
varias filmaciones en color con cámara de vídeo (TTR15: TVAT60,
TVAT62, TVAT63, TVAT64) y series fotográficas continuas en color
y blanco y negro (ANASTASYA2001: Track1, Track3, Track5B) del
fondo marino de las áreas de muestreo. Este material gráfico se
ha analizado en profundidad a fin de contextualizar las muestras
estudiadas. Para la elaboración de este artículo, además, se han
examinado tres costras de pirita del GDR, y una chimenea carbonatada y cuatro agregados de pirita del sector VR. Las muestras se
estudiaron en los Laboratorios del IGME, Centro de Microscopía
Área del Guadalquivir Diapiric Ridge
Las fotografías submarinas del área GDR, revelan que en el fondo
marino existe un gran número de estructuras ligadas al escape de
fluidos ricos en hidrocarburos, tales como campos de chimeneas y
costras carbonatadas y coladas de fango, a las que es frecuente observar ligada fauna bentónica: corales profundos (Lophelia pertusa y
Madrepora oculata), equinodermos, esponjas y organismos quimiosintéticos (Figura 2) (Cunha et al., 2002; León et al., 2007).
Se han estudiado tres costras compuestas en gran parte por sulfuros (47%). Se trata de muestras de tamaño centimétrico, morfología tabular a irregular y color gris verdoso, con pátinas superficiales
pulverulentas de coloración amarilla, blanca y marrón-rojiza.
Los estudios de microscopía óptica y electrónica muestran que
las tres muestras están compuestas por un agregado de granos detríticos tamaño limo-arena fina, de subredondeados a angulosos,
cementados por abundante pirita formando costras en su conjunto. No se han observado restos de estructuras sedimentarias en el
interior de las costras. Los minerales detríticos son fundamentalmente cuarzo, plagioclasas, circón, ilmenita, rutilo, apatito y clorita,
así como bioclastos carbonatados. Algunos de estos componentes
detríticos, especialmente el cuarzo, presentan bordes de grano corroídos por la pirita que aparece cementando todos los espacios
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Biomineralizaciones de pirita-carbonatos...
F. J. González, L. Somoza, L. M. Pinheiro, M. Ivanov, R. Lunar, J. Martínez, J. A. Martín, R. León, V. Díaz
Figura 1. Mapa batimétrico y esquema geológico simplificado del Golfo de Cádiz donde se presentan las diferentes estructuras ligadas al escape de fluidos y
la situación de las dos áreas de estudio: Guadalquivir Diapiric Ridge (GDR) y Vernadsky Ridge (VR). Modificado de Medialdea (2005).
Figure 1. Bathymetric map and geological framework of the Gulf of Cadiz, where the principal seepage structures and the studied areas are represented: Guadalquivir
Diapiric Ridge (GDR) and Vernadsky Ridge (VR). Based in Medialdea (2005).
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II Semana de Jóvenes Investigadores del IGME
Figura 2. A la izquierda fotografía submarina del área del GDR donde se aprecian costras y chimeneas carbonatadas colonizadas por corales profundos y otros
organismos incrustantes. La escala representa aproximadamente 0.5 metros. A la derecha ejemplares de organismos quimiosintéticos (Calyptogena sp y Acharax sp.)
recolectados en la mud-breccia del área del VR. La escala representa 1 cm.
Figure 2. On the left, submarine photograph showing carbonate chimneys and crusts covered by deep corals and encrusting organisms at the GDR area. Scale bar represents 0.5 meters. On the right, chemosynthetic organisms (Calyptogena sp and Acharax sp.) collected from the VR area. Scale bar represents 1 centimetre.
dos de esta en algunos elementos traza (respecto a los contenidos
medios de la corteza continental), entre los que destacan el Mo,
Pb, Bi, Sb, Ni y Co (Tabla 1). Se ha observado, aunque no de modo
generalizado, la existencia de algunas piritas masivas con altos contenidos en Ni, aunque habitualmente no se aprecian diferencias
geoquímicas notables entre los diferentes tipos texturales de piritas
presentes en las costras. Cuando la pirita se encuentra en vías de
alteración se percibe un empobrecimiento notable en elementos
traza, que es mayor cuanto mayor es el grado de oxidación. El valor
isotópico obtenido para el δ 34S en pirita (muestra total indiferenciada) de una de las costras es de – 41 por mil (vs. CDT) (Gráfico 1).
intergranulares, así como sustituyendo restos de caparazones de
organismos y rellenando sus cámaras (Figuras 3 y 4). Se pueden
distinguir dos tipologías morfológicas en la pirita:
1) Framboidal-microcristalina, compuesta por numerosos microcristales de pirita (1-2 µm) de aspecto subesférico y tendencia
pentagonododecaédrica y octaédrica (Figuras 4A y 4C). En ocasiones se distinguen, en las observaciones de SEM, microcristales con
un hueco (<1µm) en su zona central rico en materia orgánica, que
podría corresponder al espacio que ocupaba la bacteria sulfato-reductora (Figura 3B). Los framboides, de unas 20-30 µm de diámetro
medio, normalmente se agrupan en conjuntos o agregados framboidales. Algunos de dichos framboides/ agregados framboidales
podrían estar mimetizando rellenos de cámaras de foraminíferos
(Figuras 3A y 3B).
2) Masiva-macrocristalina, formada por agregados de pirita en
los que no se reconoce desarrollo de formas cristalinas, o bien se
diferencian “grandes” cristales octaédricos (10-15 µm) coalesciendo.
Este tipo de pirita aparece junto a los framboides, por lo general
rodeándolos (Figura 3A).
Las tres muestras presentan un estado de oxidación incipiente en
la pirita, con desarrollo de goethita a través de fracturas, bordes de
cristales y zonas externas de las costras. Esta oxidación confiere a
las muestras el color pardo-rojizo de algunas de sus pátinas superficiales, así como las eflorescencias secundarias de yeso dan coloraciones amarillas y blancas. No se ha detectado presencia de monosulfuros de hierro (greigita, mackinawita), pero sí se han localizado
trazas de marcasita.
Los análisis geoquímicos puntuales y mapping realizados mediante EPMA sobre los cristales de pirita, reflejan los altos conteni-
Área del Vernadsky Ridge
Las imágenes de video submarino tomadas en los flancos de las
estructuras extrusivas del área VR, revelan la existencia de zonas del
fondo cubiertas por densos tapices bacterianos en el cráter y flancos
del Mercator mud volcano, así como abundantes chimeneas y costras
carbonatadas en el Vernadsky Ridge. Se distinguen dos tipos de mallas bacterianas en función de su color, los tapices blanco-grisáceos
y los de color anaranjado. Sólo en los tapices blancos (Figura 5) se
descubrió la presencia de flujo de gases, así como restos de organismos quimiosintéticos (Figura 2) (Pogonophora sp. y valvas de Calyptogena sp y Acharax sp.) (Cunha, comun. pers.). Los tapices observados en los mismos presentan texturas filamentosas superficiales,
probablemente producidas por bacterias oxidadoras de sulfuros
(Beggiatoa sp, Arcobacter sp.?), y similares a los descritos por Sauter et al. (2006) y Omoregie et al. (2006). La intensidad del flujo
de gases emergente (metano, sulfhídrico…) provoca condiciones
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Biomineralizaciones de pirita-carbonatos...
F. J. González, L. Somoza, L. M. Pinheiro, M. Ivanov, R. Lunar, J. Martínez, J. A. Martín, R. León, V. Díaz
Figura 3. Fotomicrografías EPMA (modo electrones retrodispersados) del aspecto textural de las costras de pirita y la chimenea carbonatada estudiadas. A)
Framboide de pirita (Py frb.) compuesto por numerosos microcristales y rodeado por pirita masiva (Py ms.) y algunos granos detríticos de cuarzo (Qtz). B)
Fragmentos de diatomeas cementados por pirita. En la parte inferior, granos detríticos con huellas de corrosión. Algunos microcristales de pirita presentan
un hueco vacío en su zona central que podría corresponder al espacio que ocupaba la bacteria sulfato-reductora en vida. C y D) Cristales idiomorfos de dolomita (gris) cementados por pirita masiva y apatito (brillante) en la chimenea carbonatada del VR. En D se puede observar un poro de la chimenea relleno
de bioclastos cementados por pirita.
Figure 3. EPMA backscattered micro-photographs showing the textural features in the studied pyrite crusts and carbonate chimney. A) Framboidal pyrite (Py frb.) surrounded by massive pyrite (Py ms.) and detrital grains of quartz (Qtz.). B) Pyrite cementing diatoms algal fragments. In the bottom, detrital grains with corrosion marks.
Pyrite micro-crystals with a hole in their central position filled with organic matter are frequent. C and D) Idiomorphic crystals of dolomite (grey) cemented by massive
pyrite and apatite (brightness) in the carbonate chimney from the VR. In D a pore of the chimney filled with bioclasts cemented by pyrite can be observed.
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II Semana de Jóvenes Investigadores del IGME
Figura 4. Fotomicrografías de SEM. A) Microcristales de pirita pentágono-dodecaédricos con un elevado grado de empaquetamiento en el interior de una
costra de pirita del GDR. B) Cristales romboédricos de dolomita (Do) rodeados de un agregado masivo de pirita y apatito (Py + Ap) en el interior de la chimenea carbonatada del VR. C) Asociación lineal de microcristales de pirita (Py) sobre un grano detrítico de cuarzo (Qtz), probablemente mimetizando la
morfología de una colonia de bacterias sulfato-reductoras. D) Cristales octaédricos de pirita sin un empaquetamiento preferente obvio.
Figure 4. SEM photomicrographs. A) Pentagon-dodecahedral pyrite micro-crystals with a good packing in a crust from the GDR. B) Rombohedral dolomite surrounded
by apatite and pyrite in the carbonate chimney from the VR. C) Lineal association of pyrite crystals over detrital quartz. D) Octahedral crystals of pyrite without a clear
prevailing packing.
y una chimenea carbonatada recolectada mediante draga de
arrastre en la superficie del fondo.
Los agregados de pirita tienen tamaño de milimétrico a unos 4
centímetros y están formados por conjuntos de cristales subidiomorfos a idiomorfos (1-5 mm) de tendencia cúbica, con una pureza
en pirita superior al 85% y silicatos accesorios intercrecidos. No presentan huellas de alteración por oxidación. La geoquímica de estos
agregados es muy similar a la descrita más arriba para las piritas de
las costras del GDR y los valores isotópicos de δ 34S van de + 4.3 a +
25.3 por mil (vs. CDT) (Gráfico 1).
La chimenea carbonatada, de color gris, está compuesta fundamentalmente por dolomita rica en Fe a ankerita (intrapel-biomicrita),
pirita y apatito autigénicos paragenéticos, y cantidades menores de
de anoxia y reducción extendidas en la columna de sedimento hasta
prácticamente la interfase sedimento-agua. En los tapices anaranjados, con presencia de abundantes agregados de óxidos de hierro, posiblemente mediados por Leptothrix ochracea y Beggiatoa sp.
(Omoregie et al., 2006), las observaciones realizadas sugieren que
el consumo de sulfhídrico-metano tiene lugar en el interior de la
columna del sedimento, no llegando a fluir en su superficie, o bien
que se trata de zonas de escape de fluidos ya inactivas y en avanzado proceso de oxidación (Joye et al., 2004; Levin, 2005; Niemann et
al., 2006; González et al., 2007b).
Las muestras estudiadas corresponden a cuatro agregados
de pirita obtenidos, mediante testificación de gravedad, a diferentes profundidades en la columna de sedimento (mud-breccia)
76
Biomineralizaciones de pirita-carbonatos...
F. J. González, L. Somoza, L. M. Pinheiro, M. Ivanov, R. Lunar, J. Martínez, J. A. Martín, R. León, V. Díaz
Media
Max.
Min.
St. D.
N
Media
Max.
Min.
St. D.
N
Pb
0,19
0,24
0,14
0,03
20
0,31
0,40
0,18
0,08
15
As
<dl
<dl
<dl
<dl
20
0,31
1,02
0,07
0,36
15
Fe
45,11
46,10
43,14
0,83
20
44,53
47,11
42,10
1,36
15
S
49,91
51,56
42,42
1,87
20
50,21
52,95
46,31
2,11
15
Co
0,06
0,12
0,03
0,02
20
0,06
0,10
0,04
0,02
15
Mo
0,57
0,61
0,48
0,05
6
0,54
0,59
0,47
0,04
15
Cu
<dl
<dl
<dl
<dl
20
<dl
<dl
<dl
<dl
15
Ni
0,26
0,68
0,02
0,23
20
0,11
0,42
0,02
0,15
15
Zn
<dl
<dl
<dl
<dl
20
0,04
0,04
0,04
Sb
0,07
0,38
0,02
0,10
14
-
-
-
-
0
Bi
0,13
0,19
0,09
0,03
14
0,19
0,24
0,14
0,03
15
Total
95,70
97,87
86,37
2,41
20
96,03
99,37
90,65
2,64
15
Tabla 1. Análisis de microsonda electrónica
(% peso) sobre piritas del sector del GDR
(en negrita) y del VR. Media: valor promedio, Max.: máximo, Min.: mínimo, St. D.:
desviación estándar, N: número de muestras analizadas.
Table 1. Microprobe analyses (wt. %) of pyrites from the GDR (in bold) and VR areas.
Max.: maximum, Min.: minimum, St. D.:
standard deviation, N: number of samples
analysed.
15
Guadalquivir Diapiric Ridge (GDR) Vernadsky Ridge (VR)
de chimeneas se situarían sobre estructuras extrusivas inactivas o
“durmientes”, sometidas a exhumación, con flujos de metano muy
difusos, donde la actividad de microorganismos es baja (ej., GDR
y VR chimneys fields). Por otro lado estarían las coladas de fango y
cráteres de volcanes de fango activos en la actualidad (ej., Tarsis mud
volcano, Faro mud volcano, Mercator mud volcano), donde los flujos
de metano son mayores e incluso están focalizados en algunos casos, llegando a aflorar en la superficie del fondo y formando tapices
bacterianos de diferentes tipologías. Las costras del GDR, recogidas
mediante draga de arrastre, se formaron sobre el fondo marino o
en contacto casi directo con la lámina de agua, como se observa en
videos y fotografías submarinas en volcanes de fango próximos (ej.
Faro mud volcano) y de otros contextos similares (ej. Delta del Nilo).
Esto, unido a su escasa oxidación, implicaría que se encontraban
en una zona de escape de fluidos todavía activa en el momento del
muestreo (zonas de escape con parches bacterianos color blancogrisáceo). El grado de piritización de los sedimentos ligados a emisiones de metano en las áreas de estudio, de colores verde oliva-gris
y fuerte olor a sulfhídrico, es mayor que en los sedimentos no afectados por dichas emisiones, de color anaranjado-beige y sin presencia de sulfhídrico. Procesos de formación de parches o costras de
sulfuros en la superficie del fondo marino en torno a vents activos,
han sido observados en numerosos contextos similares (Peckmann
et al., 2001; Gontharet et al., 2005).
Los análisis efectuados hasta el momento, muestran que los
rasgos texturales y geoquímicos de la chimenea del VR estudiada,
son similares a los descritos por Peckmann et al. (2001) para chimeneas asociadas a escapes de metano en el Mar Negro, donde
se observan densas mallas de microorganismos de tipo archaea
minerales detríticos: cuarzo, feldespatos, filosilicatos, apatito y circón. También se observaron restos bioclásticos de foraminíferos
planctónicos, ostrácodos y pellets (Figuras 3C y 3D). Los carbonatos
suelen presentarse en formas idiomorfas con desarrollo de cristales
de secciones rómbicas menores de 0.1 mm, en ocasiones zonados
y con pirita formando parte de la zonación. Los difractogramas de
los carbonatos presentan valores del d(104) que varían entre 2.899
y 2.902Å. Los valores de 2.899Å son característicos de dolomita rica
en hierro y ligeramente superiores a los correspondientes a dolomita
pura (2.888Å). Los valores de 2.902Å corresponden a la ankerita. Las
texturas filamentosas y tubulares vistas en algunos de los carbonatos,
parecen indicar actividad microbiana en la generación de los mismos,
aunque su observación no es frecuente. La pirita en esta chimenea
aparece, de modo masivo, cementando el espacio existente entre cristales de carbonato, no habiéndose observado framboides y/ o agregados framboidales (Figura 4B). El apatito autigénico aparece ligado a
la pirita, formando agregados microcristalinos. La geoquímica de las
piritas contenidas en la chimenea resultó ser muy similar a la registrada para las costras y agregados de pirita descritos anteriormente, y
el valor isotópico de δ 34S medido sobre pirita fue de – 9.5 por mil (vs.
CDT) (Gráfico 1).
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Las imágenes fotográficas y de video de las áreas investigadas
muestran, probablemente, diferentes etapas evolutivas del desarrollo de estructuras extrusivas ligadas a la migración de hidrocarburos,
como apunta León et al. (2007) para la zona del GDR. Los campos
77
II Semana de Jóvenes Investigadores del IGME
Figura 5. Dos aspectos parciales de los tapices bacterianos sobre el fondo de un área afectada por escape de hidrocarburos. A la izquierda, tapices blancogrisáceos en torno a puntos de escape actual de gases. A la derecha, tapiz rojo-anaranjado en la esquina superior izquierda de la imagen. Ambos tipos de
tapices podrían corresponder a colonias de Beggiatoa sp. oxidadoras de sulfuros. Imágenes del video submarino ATTV60, Campaña oceanográfica TTR-15,
Mercator mud volcano.
Figure 5. Partial views of the bacterial mats covering the bottom-sea in an area affected by fluid venting. On the left, withish-greyish bacterial mats surrounding actual
seepages points. On the right, red-orange bacterial mat in the upside left corner. Both types of bacterial mats could be colonies of the sulphide oxidant Beggiatoa sp. Images
from submarine TV ATTV60, TTR-15 Oceanographic Cruise, Mercator Mud Volcano.
Gráfico 1. Isótopos de azufre para la pirita contenida en costras, chimenea carbonatada y agregados de las dos áreas de estudio.
Graphic 1. Isotopic values of sulphur for the pyrites contend in the crusts, aggregates and carbonate chimney from the studied areas.
(AMNE-1) en simbiosis con bacterias sulfato-reductoras (Desulfosarcina/ Desulfococus sp.). De su acción conjunta se produciría
la oxidación anaeróbica de metano y la sulfato reducción, dando
lugar a carbonatos, sulfuros y probablemente también a apatito
microcristalino, generado a partir de los productos excretados por
bacterias sulfato-reductoras (González et al., 2006). Los valores
isotópicos de 13C determinados por Díaz del Río et al. (2003) para
chimeneas carbonatadas del margen ibérico y marroquí oscilan
entre – 46 y – 20 por mil (vs. PDB), lo que indica que la formación
de estos carbonatos fue a partir de CO2 derivado de la oxidación
de metano. La pirita, el sulfuro más abundante en la naturaleza,
actuaría en nuestro caso como almacén de elementos traza (Co,
Ni, Pb, Bi…), y su presencia en la pirita, depende de su disponibilidad en el medio de formación, esto es en los poros del sedimento.
Los elevados contenidos de metales traza de nuestras muestras,
podrían estar en relación con su suministro desde fuentes profundas debido a la circulación de fluidos a través de fracturas. Dichos
fluidos, ricos en hidrocarburos, en muchos casos termogénicos
(Díaz del Río et al., 2003; Stadnitskaia et al., 2006), transportarían
los metales que aparecen atrapados en las costras y agregados del
depósito de sulfuros. Fenómenos similares han sido observados
por Hein et al. (2006) en volcanes de fango del sur de California y
podrían estar presentes en el Golfo de Cádiz (Hensen et al., 2007).
Otro posible origen para estos metales traza, sería a partir de los
iones disueltos en el agua contenida en los poros del sedimento.
Las piritas formadas en el interior de sedimentos anóxicos reflejan
la composición del agua de poro donde se originaron, y generalmente se encuentran más enriquecidas en metales pesados cuanto
78
Biomineralizaciones de pirita-carbonatos...
F. J. González, L. Somoza, L. M. Pinheiro, M. Ivanov, R. Lunar, J. Martínez, J. A. Martín, R. León, V. Díaz
y carbono y apoyado por las texturas filamentosas (carbonatos) y
framboidales con materia orgánica en su interior (pirita). A su vez
las filmaciones y fotografías submarinas verifican la presencia de
tapices bacterianos en torno a zonas de escape de fluidos, donde se
obtuvieron las muestras que estudiamos así como fango embebido
en sulfhídrico y fauna quimiosintética. Estas áreas de vent además
presentan la característica de tener un grado de piritización del sedimento mucho mayor que las zonas no afectadas por escape de
hidrocarburos. La geoquímica de elementos traza contenidos en la
pirita podría responder a procesos de lixiviado del encajante por
circulación profunda y escape de fluidos ricos en metano a través
de fracturas y/o a sedimentos con un elevado grado de anoxia y altas concentraciones de metales en disolución en sus aguas de poro.
A este respecto se plantean futuros trabajos relativos al estudio de
marcadores geoquímicos como el boro, estroncio o litio, que puedan arrojar luz acerca del origen de los fluidos mineralizadores.
más anóxicos son los sedimentos (Berner et al., 2006). Respecto a
su ordenamiento cristalino, la pirita estudiada en estas muestras
parece responder al modelo de evolución textural propuesto por
Martínez-Frías et al. (1997) y detectado en las biomineralizaciones framboidales de las chimeneas del Golfo de Cádiz por Merinero et al. (2005), en el que los microcristales que conforman los
framboides, frecuentemente subesféricos, tienden a reordenar su
estructura cristalina para formar cristales de mayor tamaño y morfologías octaédrica y pentágono-dodecaédrica.
Respecto a la signatura isotópica del S, apuntaremos que la reducción bacteriana de sulfato es uno de los procesos más importantes en el ciclo del azufre. La intensidad de la sulfato-reducción
bacteriana depende de la disponibilidad de un sustrato orgánico, de
las condiciones sedimentarias y de la propia estructura de la colonia
bacteriana. Los diferentes valores de δ34S obtenidos (de – 41 a +
25.3 por mil vs. CDT) indican que la sulfato reducción tuvo lugar
con desigual intensidad en los distintos lugares estudiados. Entre
los sulfuros analizados aparece una muestra que presenta enriquecimientos en δ34S respecto al valor δ34S del agua oceánica actual
(+21 por mil) (Claypool et al., 1980), lo que puede indicar que el
sulfato proviene de salmueras profundas y enriquecidas en δ34S, en
las que el sulfato ya había sufrido reducción previa. La acción de
las bacterias sulfato reductoras puede llegar a provocar el enriquecimiento, en varios órdenes en δ34S, del sulfato disuelto en el agua
de poro. Por tanto, algunos de los sulfuros estudiados se formaron
en los primeros centímetros de sedimento (medio abierto), con un
aporte constante de sulfato e incluso intervención de fenómenos de
desproporcionación (costras del GDR), pero otros, sin embargo, se
originaron a mayor profundidad (agregados y chimenea del VR), en
zonas donde el suministro de sulfato desde la interfase sedimentoagua estaba limitado (medio más confinado) e incluso pudieron
recibir aportes de sulfato isotópicamente “pesado” de las unidades
infrayacentes.
Se ha constatado la presencia de pirita originada por mediación
microbiana en chimeneas y costras carbonatadas, así como diseminadas en el interior de los sedimentos fangosos (mud-breccia) de
diferentes zonas del Golfo de Cádiz (Díaz del Río et al., 2003; Martín
Puertas et al., 2004; González et al., 2006), con signaturas isotópicas
de δ34S muy empobrecidas y presencia de microcristales de pirita
con materia orgánica en su núcleo. La reducción completa de los
minerales de hierro en todas las muestras estudiadas, atestigua un
suministro suficiente tanto de metano como de sulfato, y puede ser
un motivo para que no se encuentren precursores monosulfurados.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo ha sido realizado gracias a una beca de Formación
del Personal Investigador del IGME en el marco de los proyectos
“MOUNDFORCE” (O1-LEC-EMA06F, REN-2002-11668-E-MAR)
y “MVSEIS” (O1-LEC-EMA24F, REN-2002-11669-E-MAR). Los
autores dan las gracias a todo el personal científico-técnico que participó en las campañas oceanográficas del proyecto “TASYO” a bordo del BIO “Hespérides” y el BIO “Cornide de Saavedra”, así como
al programa TTR (IOC-UNESCO) de cooperación científica, que
hizo posible el desarrollo de esta investigación. Agradecemos a los
Editores, a la Dra. Pilar Mata Campo y el Dr. Javier Sánchez España
las correcciones y sugerencias realizadas sobre el manuscrito, lo que
ha contribuido notablemente para la mejora del trabajo.
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CONCLUSIONES
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trabajo se formaron en un medio anóxico ligado a la oxidación bacteriana de metano, atestiguado por los valores isotópicos de azufre
79
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