Procesos Magmatico_hidrotermales & Condiciones Fisicoquimicas

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  • 7/28/2019 Procesos Magmatico_hidrotermales & Condiciones Fisicoquimicas

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    Monte Erebus, Isla Ross, Antrtica

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    Monte Erebus, Isla Ross, Antrtica

    Es el volcn activo ms austral del mundo, parte del Anillo de fuego del Pacfico

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    n En Diciembre de 1986fumarolas del volcn Monte

    Erebus en la Antrtica

    descargaron diariamente0,1 Kg. de oro y 0,2 Kg. de

    cobre, lo que extrapolado a10.000 aos equivaldra a

    365 ton de oro y 730 ton decobre.

    n Esta evidencia muestra lacapacidad de los magmas

    para generar voltiles con

    contenido metlico y que

    estos voltiles puedentransportar contenido

    metlico.

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    Azufre de derivacin magmtica

    Solfataras (fumarolas sulfurosas)del volcn Lastarria, II Regin

    La mayor parte de las menas

    hipgenas de metales base sonSulfuros. Ej. CuFeS2.

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    Procesos Magmtico-hidrotermales

    l Los procesos hidrotermales usualmente tienenconexin con magmas: stos son la fuente de

    calor, fluidos, compuestos y metales.

    l La concentracin de H2O en magmas flsicosvara de 2,5 a 6,5% en peso, con una media de3% y su solubilidad en la masa silicatada

    fundida depende principalmente de la presin,

    tambin de la t y composicin del magma.

    l 1 km3 de magma flsico con 3% H2O puedeexsolver 100 Mt de agua, es decir 1011 litros.

    100.000.000m3=100.000.000.000 litros

    1.000.000.000m3(1Km3)=1.000.000.000.000 litros

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    Componentes voltiles magmticos

    l El agua no es el nico componente voltildel magma,este contiene tambin H2S, SO2, HCl, HF, CO2 y H2.

    l El SO2 y HCl pueden ser de particular importancia y soncomponentes que se fraccionano particionanfuertemente en la fase acuosa en exsolucin del

    magma.

    l Todos los metales base y muchos otros pueden serextrados eficientemente de una fase silicatada fundida(magma) hacia una fase acuosa, siempre que exista

    suficiente agua para ser liberada.l En teora con un 3% en peso de agua en una fase

    silicatada fundida, podra ser extrado aproximadamenteun 95% del Cu contenido en un magma flsico.

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    Agua magmtica

    De donde viene?

    l En las etapas iniciales del desarrollo del planetatierra probablemente exista muy poca agua enla atmsfera o en la superficie de la tierra.

    lAparentemente a los 3.800 Ma se desarrollaronincipientes ocanos, cuando la corteza seestabiliz y el agua de lluvia se acumul en lasuperficie, ya que se preservan sedimentos del

    Arqueano temprano y rocas depositadas enambiente subacutico.

    l Parte de esa agua deriv de la degasificacin demagmas volcnicos que eruptaron en la cortezatemprana y se refiere como agua juvenil.

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    Aguas magmticas

    l El agua ha sido reciclada sucesivamente amedida que los procesos de tectnica de placas

    dominaron progresivamente la evolucin

    geolgica terrestre.l Es probable que mucho del fluido liberado en la

    superficie por la actividad magmtica en tiempos

    geolgicos ms recientes ya no sea ms juvenil

    sino que reciclada, aunque se siguedenominando como magmtica por derivar de

    magmas en cristalizacin.

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    Aguas magmticas

    l La subduccin de corteza ocenica que ha sidoalterada e hidratada por aguas marinas

    percolantes explica el contenido de agua de la

    mayora de los magmas andesticos y baslticosrelacionados a magmatismo de arco.

    l Por lo tanto, los magmas de arco probablementecontienen agua derivada de la mezcla de fluidos

    primitivos derivados del manto y agua de mar.Tambin es posible una contribucin menor de

    aguas metericas.

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    Deshidratacin de placa en subduccin y

    fusin parcial de manto litosfrico

    Los magmas songenerados en

    zonas de subduccinpor hidratacin de

    las rocas del manto

    astenosfrico, por loque contienen agua

    (y otros voltiles)desde su fuente.

    Son oxidados porque

    el in H+ es muyliviano y se pierdepreferencialmente

    al oxgeno.

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    Generacin de Magmas

    " Temperatura vs. presinpara peridotita

    " El material arriba delliquidus estar 100% lquido

    " El material entre el liquidusy el solidus estar en dosfases" La descompresin de A a Bresultar en fusin parcial(dorsales ocenicas)"La adicin de H2O de X a Ybajar el punto efectivo defusin (zonas de supra-subduccin; mantoastenosfrico).

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    Aguas magmticas

    l Mucha del agua presente en magmas granticosderiva de la deshidratacin de minerales de lacorteza, los que fueron fundidos para originar elmagma por fusin cortical.

    l La cantidad de H2O es de 8-10% en muscovita,3-5% en biotita y 2-3% en anfboles.

    l La actividad de agua en magmas formados porla descomposicin de esos minerales hidratadosvara y un precursor rico en muscovita poranatexia generar un magma ms rico en aguaque uno derivado de la fusin de una anfibolita.

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    Las preguntas que surgen son:

    l En que momento se separa una fasefluida del magma?

    l Porqu se separa o fracciona una fasehidrotermal de una fase magmtica?

    n Cmo y por qu el fluido es capaz desecuestrar metales desde el magma?

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    Grfico P vs. t mostrando las condiciones aproximadas bajo las cuales

    la fusin por deshidratacin de muscovita, biotita y hornblenda ocurrira

    en relacin a un gradiente geotrmico de 25C/km. Los magmas

    generados en A, B y C probablemente contendrn distintos contenidos

    iniciales de agua.

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    Aguas magmticas

    l La fusin de metasedimentos (ricos enmuscovita o muscovita + magnetita) generacomposiciones granticas peraluminosas, tipo S.

    lA ese tipo de granitos se asocian depsitos deSn-W-U (Ej. Faja estannfera de Bolivia) y elloscontendrn alto contenido inicial de agua.

    l Normalmente se trata de magmas reducidos(Serie Ilmenita de Ishihara, 1977) que heredansu baja fO2 por fusin de material meta-sedimentario con grafito.

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    Aguas magmticas

    l La fusin de rocas metagneas (con biotita obiotita y hornblenda) genera composiciones

    granticas metaluminosas, de tipo I.

    l Estos son tpicamente inicialmente ms secosque los de tipo S y a ellos se asocian los

    prfidos de Cu-Mo, como es el caso de Chile.

    l Se caracterizan por tener alta fO2

    (Serie de

    Magnetita de Ishihara, 1977)

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    Solubilidad de H2O en magmas

    l Los magmas generados en distintosmarcos tectnicos tendrn distintascantidades iniciales de agua y esto esfuncin de la cantidad de agua provista

    por el material que se fundi para originara los magmas.

    l Sin embargo, hay un lmite mximo deagua que pueden disolver los magmas.

    l La solubilidad del agua en magmas estdeterminada fuertemente por la presin yen menor medida por la temperatura.

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    Solubilidad de H2O en magmas

    l Los estudios experimentales sugieren queel contenido de agua es fuertemente

    dependiente de la presin y los magmas

    en la base de la corteza (~10 kbars)pueden disolver entre 10 a 15% H2O.

    l Los magmas flsicos pueden disolver(contener) ms agua que los magmasmficos a cualquier presin dada.

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    n En condiciones de alta presin ytemperatura, el agua es altamente

    soluble en un magma, solubilidad quedecrece fuertemente con el descenso

    de la presin litosttica al ascender el

    magma en la corteza.

    n Magmas flsicos son capaces dedisolver mayor cantidad de agua que

    los magmas mficos.

    n El magma al ascender va perdiendosu capacidad de disolver agua y

    eventualmente se saturar envoltiles y se producir la exsolucin(separacin) de una fase acuosa

    desde la fase silicatada fundida.

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    Composicin del magma

    l Bajo las mismas condiciones de presin y temperatura, un magmagrantico es capaz de disolver ms voltiles que un magma de

    composicin basltica. Es decir, un magma flsico es capaz de exsolversus voltiles a una menor presin (= menor profundidad) que un magmamfico.

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    Solubilidad de H2O en magmas

    l El agua en un magma (a t > 800C) existeesencialmente como grupos hidroxilo (OH),

    aunque a altas presiones y con alto contenido

    de agua tambin pueden existir molculasindividuales de agua (H2O).

    l La solubilidad de agua en magmas se piensaque est controlada por la siguiente reaccin de

    equilibrio

    l H2O(molecular) + O 2OH

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    Solubilidad de H2O en magmas

    l En la reaccin anterior el O corresponde aloxigeno que sirve de puente o polimeriza laestructura silicatada del magma.

    lLos magmas de baja viscosidad tienen una bajaproporcin de O que los magmas granticosaltamente polimerizados.

    l Consecuentemente, los magmas baslticospueden acomodar menos grupos OH en sitiossubstitutos de O, lo que puede explicar quepueden disolver menos agua que un granito.

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    Solubilidad de H2O en magmas

    l Cuando cristaliza un magma la asociacin delliquidus est dominada por minerales anhidros yla concentracin de elementos incompatibles,incluyendo el H2O y otros voltiles aumenta porprocesos similares a la cristalizacin fraccionadamagmtica.

    l Tarde o temprano, en algn punto de lasecuencia de cristalizacin el magma sesaturar en H2O, lo que resultar en la

    exsolucin de una fase acuosa de la masasilicatada fundida.

    l Proceso denominado saturacin de H2O, perotambin denominado ebullicin o saturacinde vapor.

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    Agua en magmas

    l Si no se menciona la presin, temperatura ycomposicin de una solucin acuosamagmtica, no se puede saber si existe comolquido o vaporo como una fase homogneasupercrtica.

    l En ese caso se denomina fluido H2Ol Ya que la fase acuosa es mucho menos densa

    que la fase silicatada fundida de la que deriva yporque puede contener otras especies voltilesde baja solubilidad como CO2 o SO2, a menudose denomina vapor o fase voltil.

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    Agua en magmas

    l Un fluido supercrtico es uno queefectivamente llenar su contenedor y eneste caso debe ser considerado gas o

    vapor, aunque su densidad puede sermucho mayor que la del gas que podemosencontrar en la superficie terrestre.

    l Consecuentemente, los trminossaturacin en H2O, ebullicin y saturacinde vaporson equivalentes.

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    Primera y segunda ebullicin

    l El proceso por el cual la saturacin de vapor selogra por el descenso de presin (Ej. Por elascenso del magma o por despresurizacin dela cmara magmtica por falla) se denomina

    primera ebullicin.l Como se mencion antes, la saturacin respecto

    a un fluido acuoso se puede lograr tambin porla cristalizacin progresiva de minerales

    anhidros en condiciones isobricas y esteproceso se denomina segunda ebullicin, aveces referida tambin como ebullicinretrgrada porque ocurre al disminuir la t.

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    Saturacin en voltiles

    l Es obvio que aparte de la fuertedependencia de la presin la saturacin

    de fluidos es funcin del contenido original

    de agua del magma.

    l Los magmas ms ricos en agua y voltilesse saturarn antes, relativo al progreso de

    la cristalizacin, que los que contienenpocos voltiles.

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    Exsolucin de una fase fluida del magma

    l Los datos experimentales coinciden enindicar que un magma grantico (flsico)exsolver un fluido acuoso como una

    consecuencia normal de su cristalizacin.l Los prfidos de Cu-Mo, depsitos

    epitermales de metales preciosos ydepsitos de tipo skarn polimetlicosestn genticamente relacionados a estosprocesos magmtico-hidrotermales.

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    La saturacin en voltiles depende de la presin, perotambin del contenido inicial de agua del magma.

    Estudios experimentales indican que un magma grantico a 8 kbar con 2% en peso de H2O comenzaraa cristalizar plagioclasa a los 1100C seguida de la aparicin de feldespato-K y cuarzo a la t del

    liquidus; la saturacin en H2O ocurrira a una t justo encima del solidus cuando 80% del fundido ha

    cristalizado, el solidus se intersecta a los 650C cuando el granito se ha solidificado totalmente (A-A-A) .

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    En el caso improbable de un magma grantico a 8 kbar con 12% en peso de H2O, ste no comenzara acristalizar plagioclasa hasta los 750C y la solidificacin ocurrira rpido entre 750 y 650C siempre con

    presencia de agua (B-B-B).

    Los magmas con altos contenidos de agua inicialcristalizan en profundidad.

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    Emplazamiento en condiciones someras

    Un magma grantico a 2 kbar con 2% en peso de H2O, cristalizara en un intervalo grande detemperatura estando subsaturado, pero la saturacin se lograra a 700C y solo despus de 60 a 70%

    de cristalizacin (C-C-C).

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    Emplazamiento en condiciones someras

    Un magma grantico a 2 kbar con 6-7% en peso de H2O, estara saturado y la cristalizacin en presencia

    de agua ocurrira en un rango de temperatura ms amplio que a mayor profundidad (D-D-D).

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    Segunda Ebullicin y Generacin de Fluidos

    Hidrotermales

    n La separacin masiva y violenta de una fasehidrotermal ser capaz de secuestrar metales antes

    de que entren a formar parte de minerales

    formadores de roca.

    n Esto implica que mientras menos cristalizado este unmagma antes de que comience cristalizacin masiva

    y rpida, mejor probabilidad de extraer altos

    contenidos de metal existen.

    n La convergencia de parmetros geolgicos,tectnicos y termodinmicos durante el

    emplazamiento de magmas ser de gran relevancia

    en la optimizacin de procesos hidrotermales

    capaces de secuestrar metales desde un magma.

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