SULFUROS METÁLICOS SUBMARINOS AL SUR DE LA PENÍNSULA DE BAJA CALIFORNIA, MÉXICO

Trabajo recibido el 10 de abril de 1984 y aceptado para su publicación el 22 de agosto de 1984.

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

En las franjas de rift oceánico de las placas tectónicas se forman depósitos de sulfuros masivos polimetálicos. Estos pueden quedar expuestos en las áreas emergidas por levantamiento de grandes fragmentos de la corteza oceánica como es el caso del Macizo de Todos en Chipre (Sillitoe, 1972).

La velocidad de separación de las placas oceánicas puede ser baja como en el Rift Famous de la Cordillera Mesoatlántica en donde la dispersión es de 2 cm anuales (Macdonald y Luyendik, 1977), hasta muy alta como en la Cordillera del Pacífico Oriental a 3°25' de latitud sur, con velocidades de 15 cm anuales (Lonsdale, 1977). Larson (1971) y Normark (1976) determinan que la dispersión del piso oceánico a los 21° de latitud norte en la Cordillera del Pacifico Oriental es de 6 cm anuales.

Francheteau et al. (1979) descubrieron en el eje de la Cordillera del Pacífico Oriental (21º N) depósito hidrotermales constituídos por sulfuros de fierro, cobre y zinc que conforman edificios irregulares de unos 10 m de altura y 5 m de base, de aspecto poroso (Lám. 1) y policromo (ocre, rojo, amarillo, pardo, blanco y negro).

En esta zona se colectaron muestras de basalto correspondientes a toleítas oceánicas bajas en potasio con un patrón limitado de fraccionacion, siendo las principales fases las de olivino y plagioclasa (Juteau et al. 1980).

Durante la Misión RISE efectuada en 1979 en la Cordillera del Pacífico Oriental a 21ºN se efectuaron inmersiones con el submarino Alvin colectándose muestras a profundidades de 2600m.

Este artículo tiene por objetivo analizar el posible origen de los depósitos hidrotermales así como las implicaciones metalogenéticas de los sulfuros masivos polimetálicos colectados durante la Misión RISE.

Lám. 1. Chimenea inactiva que marca el descubrimiento de los sulfuros masivos en la Cordillera del Pacífico Oriental a 21° N, (fotografía tomada por Arturo Carranza-Edwards).

El área de estudio se ubica entre las latitudes 20° 54' N y 20° 49'N y entre las longitudes 109° 01' O y 109| 09' 0, a lo largo de una franja de unos 250 m de amplitud, de orientación NE-SO, dentro de la zona de extrusión de la Cordillera del Pacífico Oriental.

En la figura 1 se señalan los sitios de colecta de las muestras analizadas en este trabajo, encontrándose ellas dentro de la zona de extrusión, la cual es la más reciente y aún no presenta una cubierta sedimentaria. Esta franja de extrusión está enmarcada hacia el este y el oeste por una zona de extensión en la que existen estructuras de horst y graben. A su vez, esta franja está limitada hacia el exterior por un área caracterizada por grandes fallas normales cuyos planos ven hacia la zona de extrusión.

El material estudiado consiste en ocho muestras recolectadas en la zona de depósitos hidrotermales, a las cuales se les puede agrupar en las siguientes categorías:

1. Montículos. Estos se encuentran descansando sobre la roca basáltica y pueden alcanzar alturas de 2 m en extensiones irregulares de unos 30 m (Lám. 2). Dentro de esta categoría se analizaron las muestras 923R7A y 917R3A

923 R7A. Fragmento de roca con aspecto de panal y con mineralizaciones internas, encontrado en las proximidades de una chimenea inactiva.

917 R3A. Fragmento de roca apanalada, colectado en las inmediaciones de chimeneas activas

Lám. 2. Montículos basales recubiertos por almejas gigantes al pie de una chimenea poblada por gusanos gigantes, (fotografía tomada por el Grupo Rise).

Fig. 1. Mapa de localización de las muestras estudiadas.

2. Chimeneas inactivas. Son construcciones formadas a partir de material exhalado por conductos hidrotermales, los que se encuentran frecuentemente rellenos de sulfuros y muestran paredes extensas apanaladas o de aspecto escoriáceo (lám. l). La altura de las respiraderos y chimeneas, sean activas o inactivas, es variable pudiendo alcanzar alturas de 10 m. Dentro de este grupo se analizaron las siguientes muestras:

914 R7A. Fragmento de roca de la pared de una chimenea inactiva muy próxima a respiraderos activos.

915 R2A. Fragmento de roca de chimenea inactiva con forma de estaca doble de 2 a 3 m de gito, dentro de una localidad de respiraderos activos.

3. Chimeneas activas.La actividad hidrotermal en éstas se manifiesta por la salida de agua supercalentada, presentándose casos de emanaciones blancas o negras, midiéndose en una de estas temperaturas de 350ºC. Dentro de esta categoría se analizó una nuestra (917 R4A) que corresponde a un fragmento de pared de un respiradero activo de fumarola negra (Lám. 3).

4. Sedimentos. Se trata de partículas muy finas exhaladas de chimeneas activas que se depositan en la base de las mismas (Lám. 3). Dentro de estas muestras quedan incluidos los sedimentos resultantes de la disgregación y oxidación de material proveniente de montículos y chimeneas. Se analizaron las siguientes muestras de respiraderos negros. 917 S l. Sedimento oxidado de color pardo rojizo, mezclado con sulfuros oscuros procedentes de la base de un respiradero.914 S4. Sedimento recolectado de la base de una chimenea activa que emite particulados muy finos.

917 S2. Material sedimentado de la base de un respiradero con fumarolas a 350ºC, constituido por fragmentos de roca de un montículo de color gris oscuro recubierto con lodo de sulfuros.

Las muestras se analizaron por difracción y fluorescencia de rayos X, microscopia electrónica de barrido y absoción atómica.

Lám. 3. Chimenea activa exhaladora de finos particulados negros que se sedimentan en la base de la misma, (fotografía tomada por el Grupo Rise).

En los análisis de rayos X se utilizo un equipo Philips PW-10501/25 con anticátodo de cobre, 30 Kv y 20 mA para la difracción, y para la fluorescencia con anticátodo de cromo, 60 Kv y 20 mA.

Las micrografías del material estudiado se obtuvieron al microscopio electrónico de barrido Joel JSM35, tratándose previamente las muestras mediante pulverización y esparcimiento sobre cinta adhesiva y con recubrimiento conductivo de oro en una ionizadora de la misma marca.

Para el análisis por absorción atómica se siguieron dos métodos de extracción:

a) la digestión se hizo en bombas Para y como extractante una mezcla de agua regia y ácido fluorhídrico; las muestras se sometieron a calentamiento a 120ºC durante 4 horas.

b) se efectuó una extracción exhaustiva condiferentes ácidos, según el método de Bruland et. al. (1974).

En la Tabla 1 se observa que de los minerales detectados por difracción de rayos X, siempre se encuentran presentes la esfalerita (lám. 4d), la pirita (láms. 4a y 4c) y la calcopirita (lám. 4b). Esto hace suponer que dichos minerales son indicadores del tipo de sulfuros hidrotermales presentes en el Rift del Pacífico Oriental en los 21° de latitud norte.

La esfalerita, la calcopirita y la pirita de acuerdo con Bishoff (1969) son los principales minerales que se encuentran en los depósitos de salmueras calientes ubicados a lo largo de la zona axial del Mar Rojo. Estas semejanzas mineralógicas podrían explicarse por similitudes entre los estilos tectónicos de dispersion que afectan al Golfo de California y al Mar Rojo.

De los resultados obtenidos por fluorescencia de rayos X y por absorción atómica (Tablas 2 y 3) se aprecia que los elementos metálicos más concentrados son el zinc, el fierro y el cobre.

El zinc y el fierro presentan las concentraciones más altas, con valores máximos de 42.7 % y 31.4 % respectivamente (tabla 3), lo que permite suponer una coexistencia entre la esfalerita y wurzita con la pirita. La afinidad entre fierro y zinc también se ha detectado por Tetsuro Urabe (1974) en los depósitos de sulfuros masivos Kuroko del Japón, en los cuales coexisten la esfalerita y la pirita (Lám. 4a.).

TABLA 1 ANÁLISIS MINERALÓGICO POR DIFRACCIÓN DE RAYOS X

TABLA 2 ANÁLISIS ELEMENTAL POR FLUORECENCIA DE RAYOS X.

TABLA 3 CONCENTRACIÓN DE ELEMENTOS DETERMINADA POR ABSORCIÓN ATÓMICA

El cobre detectado por absorción atómica se encuentra bajo la forma de calcopirita (Lám. 4b), alcanzando una concentración máxima de 19.4 % en peso en uno de los fragmentos de roca apanalada de respiradero activo, no obstante cabe la posibilidad de que parte del cobre se encuentre' asociado o diseminado en la pirita (Lám. 4c).

Lám. 4. Mierofotografías de microscopio electrónico de barrido: a) pirita, b) calcopirita, c) pirita con recubrimiento de calcopirita, d) esfaleríta con inclusiones de pirrotita, e) rosetas de barita, f) agujas de anhidrita.

Se supone además, que la plata y el plomo coexisten, posiblemente bajo la forma de galena, pues al incrementarse la concentración de la plata sucede lo mismo con la del plomo, incluso como se puede ver en la Tabla 3 los máximos de plata (2175 ppm) y de plomo (4776 ppm) se encontraron en la misma muestra.

Se observa que en general en las muestras de sulfuros masivos aquí estudiadas hay proporciones variables y en bajas concentraciones de níquel, manganeso, cromo, cadmio, estroncio y aluminio, sin haberse detectado oro.

A pesar de que el cobalto y el níquel son afines con el azufre y de que con frecuencia se encuentran en los sulfuros magmáticos, en los análisis por absorción atómica se encontraron valores máximos de 190 y 57 ppm respectivamente. Esto hace pensar que el cobalto y el níquel se encuentran como contaminantes naturales, que de acuerdo con Rankama y Sahama (1962) pueden encontrarse incorporados en la estructura mineral de la pirrotita y de la pirita.

También el manganeso, que es un acompañante natural del fierro, se encontró en concentraciones menores de 122 ppm, posiblemente debido a la alta solubilidad del sulfuro de manganeso. Inclusive, Spiess et al. (1980) encontraron un enriquecimiento de manganeso (0.320 ppm) en el agua próxima a los respiraderos toda vez que la concentración media de manganeso en las aguas profundas del Pacífico Oriental es menor de 0.04 ppm.

De acuerdo con Lyle (1976) el manganeso es aportado al océano a través del flujo hidrotermal generado en las cordilleras de acreción cortical. Esto permitiría suponer que en las franjas de dispersión del piso oceánico se aporta la materia prima para la formación de los nodulos de manganeso, cuya distribución quedaría controlada por el patrón de circulación de agua profunda y por diferencias en las tasas de sedimentación. Otro posible mecanismo seria que por halmirolisis del vidrio que cubre a los basaltos recientes se incorporen al agua del océano diversos elementos metálicos. En estos vidrios frescos, Juteau et al. (1980) encontraron hasta 0.31 % de MnO.

El cromo se encontró desde trazas hasta concentraciones de 103 ppm. Estos valores tan bajos pueden obedecer a que las cromitas se encuentran en rocas ultrabásicas profundas que al igual que los sulfuros de níquel habrán de estar en las capas profundas de Lherzolita y Harzburgita (Bonatti, 1981). De acuerdo con esto, la lixiviacion producida por flujos termales habrá de actuar principalmente en la capa basáltica, la cual es más rica en cobre y zinc que en los niveles de ultrabásicas (Turekian y Wedepohl, 1961; Vinogradov, 1962).

Entre los elementos menores analizados por absorción atómica, el que se detectó en mayor concentración después de la plata es el cadmio, que alcanza concentraciones de 455 ppm. Es probable que éste se encuentre diseminado dentro de la esfalerita, con la cual se puede asociar.

De los metales alcalino-térreos se detectó, aunque no en todas las muestras, la presencia de bario, estroncio y calcio (Tablas 2 y 3). Este último puede estar relacionado con la anhidrita (Tabla 1, Lám. 4f), la cual a menudo recubre junto con el yeso y el sulfato de magnesio la parte externa de los respiraderos (Spiess et al., 1980) e igualmente la anhidrita es uno de los principales vehículos de estroncio, mientras que el bario se presenta bajo la forma de barita (lám. 4e). Estos metales alcalino-térreos pueden provenir del agua de mar, la cual al infiltrarse por las fisuras del basalto es supercalentada a profundidad por las soluciones hidrotermales ascendentes, incrementándose las concentraciones de los mismos.

Otro de los aspectos que conviene considerar en relación con la actividad hidrotermal es la gran abundancia de organismos (poliquetos, almejas gigantes y crustáceos) que fueron observados en las inmediaciones de los respiraderos activos (Iám. 2). Las bacterias quimiosintéticas asociadas con las chimeneas son muy abundantes (CYAMEX, 1980) y dependen de los sulfuros exhalados, a su vez las bacterias constituyen el primer eslabón de la cadena alimenticia para el desarrollo de los poliquetos, almejas y cangrejos, además la temperatura en las proximidades de las chimeneas activas es de unos 30ºC y es donde hay gran abundancia de organismos, mientras que en los sitios de chimeneas inactivas no se encuentran dichos organismos o solamente se observan sus restos.

El problema que se plantea sobre la distribución de estos organismos es que entre respiraderos activos puede haber varias centenas de metros y entre ellos la temperatura es del orden de 2ºC. Larson (1971), midió, en las vecindades del área de estudio, movimientos de masas de agua de fondo por mareas y por corrientes de hasta 8 cm/seg. Futuras investigaciones posiblemente apoyen la idea de que las bacterias, los huevecillos y las larvas de organismos subsistan el traslado entre chimeneas activas, de las cuales dependen.

Otra interrogante que se puede desprender a partir del estudio de los sulfuros metálicos de los centros dispersivos, sería si parte de estos procesos pueden presentarse también, durante las fases iniciales del rift Continental, como en el caso del rift Africano Oriental, donde se originan Iodos metalíferos. (Blissenbach y Fellerer, 1973). ¿Es éste también el caso de los sulfuros metálicos que se encuentran en el Eje Ncovolcánico Mexicano asociados a rocas volcánicas de origen continental (Salas, 1975) escencialmente no deformadas?. Si es así, se tiene un elemento más que apoye que dicho eje pudiera representar una franja de rift continental

Los sulfuros metálicos exhalados al sur de la Península de Baja California (21° L.N., 109° L.O.) están caracterizados por contener elevadas concentraciones de zinc, fierro y cobre.

Estos elementos son aportados desde los niveles superiores de la astenósfera o a partir de una cámara magmática somera, principalmente a través de los siguientes minerales: esfalerita, wurzita, pirita, pírrotita y calcopirita. Se observa además una coexistencia de zinc con fierro y de plata con plomo.

El calcio, estroncio y bario se pueden presentar a través de la anhidrita, yeso y barita, como resultado de un enriquecimiento de esos elementos mediante la circulación de agua de mar a través de fisuras por las que ascienden posteriormente en las soluciones hidrotermales.

La distribución de bacterias y organismos bentónicos, asociados con los respiraderos activos, podría explicarse por movimientos del agua de fondo, la cual transportaría a las bacterias y a las larvas o huevecillos de dichos organismos, alcanzando algunos de ellos las zonas de chimeneas activas, en las cuales se desarrollarían debido a las condiciones favorables.

El conocimiento sobra la formación de los sulfuros metálicos en las franjas de dispersión del piso oceánico probablemente proporcione a futuro, argumentos que apoyen fenómenos de mineralización en zonas de rift continental, pudiendo ser el caso del Eje Neovolcánico Mexicano.

Se agradecen los valiosos comentarios de. Eduardo Aguayo Camargo, Agustín Ayala-Castañares y Alberto Domínguez Garbayo.

Se reconoce al apoyo brindado por las autoridades del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología y del Instituto de Geología, para la realización de este trabajo, así como la colaboración de F. N. Spiess y R. M. Haymon de la Institución Scripps.

Se agradece la colaboración prestada por. Ubaldina Alvarez, Joaquín Aguilar y Patricia Girón en los análisis por absorción atómica de las muestras.

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