ANALES DEL INSTITUTO DE CIENCIAS DEL MAR Y LIMNOLOGÍA


ESTUDIO DE METALES EN ARENAS DE PLAYA DE SAN ANTONIO DEL MAR, BAJA CALIFORNIA, MÉXICO

Trabajo recibido el 19 de agosto de 1986 y aceptado para su publicación el 5 de diciembre de 1986.

Arturo Carranza Edwards

Leticia Rosales-Hoz

Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, Universidad Nacional Autónoma de México, México D.F. 04510.Contribución 617 del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, UNAM

Rufino Lozano-Santa Cruz

Instituto de Geología, Universidad Nacional Autónoma de México, México D.F. 04510.

RESUMEN

Se hace un estudio de sedimentos de la playa de San Antonio del Mar, Baja Califórnia, México, con el objetivo de evaluar el contenido metálico de las arenas negras asociadas. Las muestras analizadas corresponden a las zonas de flujo y reflujo, al frente de playa y a la berma. Hacia los niveles más altos del perfil de playa el sedimento se hace más fino y el contenido de arenas negras se incrementa. Entre los diversos minerales se destaca por su interés económico, la presencia de ilmenita, rutilo, monazita y magnetita, los cuales pueden provenir del complejo metamórfico del Paleozoico o de los intrusivos ácidos del Mesozoico. El contenido metálico más importante corresponde al fierro y al titanio presente en las fracciones finas de las muestras de los niveles más altos del perfil de playa.


ABSTRACT

Black sands from San Antonio del Mar beach, located in Baja California, Mexico, were studied in order to evaluate their metal contet. Flux-reflux, beach-face and berm samples were selected for the study. The black sand content of the sediment as well as the sediment fine components increase in the higher levels of the beach profile. Ilmenite, rutile, monacite and magnetite are among the minerals studied, their economic value makes them very important. Metamorphie complex from the Paleozoic or acid intrusive rocks from the Mezosoic could be the source for these minerals. Iron and titanium are the metals with the highest value found, they are present in the fine sediment fraction of samples belonging to the higher levels of the beach profile.


INTRODUCCIÓN

El estudio de sedimentos litorales recientes es de interés porque la contribución al conocimiento de los mismos es útil en la interpretación de los ambientes sedimentarios antiguos, así como para el eventual aprovechamiento de los minerales presentes en las arenas de playa, sobre todo cuando se trata de arenas ricas en metales de importancia económica.

El presente trabajo forma parte del Proyecto de Sedimentología de Playas de México que se desarrolla dentro del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología de la Universidad Nacional Autónoma de México. En dicho proyecto se tiene entre otros, el objetivo de contribuir al conocimiento sedimentológico del ambiente litoral arenoso de la Playa de San Antonio del Mar, BC, la cual presenta la peculiaridad de tener un contenido importante de arenas negras.

En México se han escrito algunos trabajos relativos al estudio de sedimentos litorales. Lancin y Carranza-Edwards (1976) hacen un estudio de arenas negras de la laya de Santiago, Colima, reportando altas concentraciones de minerales pesados. Estudiando diversos ambientes sedimentarios de la Llanura Costera Sur del Istmo de Tehuantepec, Carranza-Edwards (1980) destaca la importancia de los ambientes fluvial y de playa, como propicios para la existencia de minerales pesados, dados los niveles de alta energía de esos ambientes.

En la Playa el Cayacal, Gro., Martínez-Barajas (1982) encontró un depósito de arenas titano-ferríferas con alta concentración de ilmenita, magnetita y zircón, en la fracción de arena fina.

Martínez Bringas y Xavier Castro (1982) hacen un estudio sedimentológico litoral de los estados de Nayarit, Jalisco, Michoacán y Guerrero encontrando una relación directa entre el tamaño de grano del sedimento y la pendiente del frente de playa, y además destacan el predominio de litarenitas submaduras.

Estudiando sedimentos litorales del Estado de Chiapas, Carranza-Edwards (1986) observa que se trata de litarenitas submaduras asociadas a inestabilidad tectónica.

Más recientemente, se hace una Campaña Oceanográfica en el área de San Antonio del Mar, en la cual se determina que los sedimentos de plataforma próximos a la línea de costa son de colores negros y grises muy oscuros (Carranza-Edwards, 1985).


ÁREA DE ESTUDIO

El área de estudio se encuentra localizada a 31° 6.3' de latitud norte y a 116° 18.9' de longitud oeste (Fig. 1). Se ubica dentro de la Provincia Fisiográfica de Sierras de Baja California, en particular dentro de la Sub-Provincia conocida como Sierra Cristalina (Alvarez, 1961) la cual esta compuesta por monzonitas de cuarzo, dioritas, granitos, esquistos y calizas metamórficas.





Figura 1. Localizacion del área de estudio.





La Playa de San Antonio del Mar se encuentra en la Vertiente Occidental Sudcaliforniana (Tamayo, 1970). Cuando la pendiente de la vertiente es fuerte las corrientes llegan al mar, como es en el caso de San Antonio del Mar, no así en sitios de pendiente suave, en cuyo caso las corrientes terminan en los arenales antes de llegar al mar.

De acuerdo con Tamayo (1970) la vertiente tiene mesetas emergidas recientemente, que aún no se han erosionado suficientemente debido a la baja precipitación, lo que da como consecuencia un drenaje poco evolucionado.

La vertiente Occidental Sudcaliforniana coincide sensiblemente con el Cinturón Metavolcánico descrito por Morán-Zenteno (1985) en el cual existen principalmente depósitos minerales de cobre y hierro y algunos placeres de oro.

En el área de estudio afloran desde el parteaguas hacia la costa principalmente rocas intrusivas ácidas del Cretácico, intrusivas intermedias del Terciario, metamórficas del Paleozoico, extrusivas ácidas del Cretácico, areniscas del terciario y suelos del Cuaternario (Secretaría de Programación y Presupuesto, 1981).

En San Antonio del Mar desemboca el Arroyo Salado o Arroyo Seco que nace en la Sierra de San Pedro Mártir. Entre la línea de costa y el Parteaguas de dicha Sierra, el Arroyo Salado tiene un desarrollo aproximado de 80 km (Secretaría de Programación y Presupuesto, 1981).

El clima en las partes bajas es seco estepario y hacia la Sierra de San Pedro Mártir es templado lluvioso con lluvias en invierno. Es una de las regiones de la República con mayor índice de insolación y con precipitaciones variables entre 150 y 200 mm (Tamayo, 1970).

De acuerdo con Carranza-Edwards et al. (1975) la costa en San Antonio del Mar se encuentra dentro de la Unidad V que corresponde con costas Primarias que en el área de estudio son por depositación subaérea como se manifiesta por la presencia de dunas.

Las mareas en el área de estudio son mixtas semidiurnas. En Ensenada, que se encuentra a unos 80 km al norte de San Antonio del Mar, la pleamar máxima registrada es de 1.47 m y la bajamar mínima registrada de -1.409 m (Instituto de Geofísica, 1982).


MATERIAL Y MÉTODO

El trabajo de campo se llevó a cabo en octubre de 1984. Durante el trabajo de campo se recolectaron las muestras de sedimentos S1, S2, S3 y S4 de la Playa de San Antonio del Mar, las muestras S1 y S2 se tomaron respectivamente en las líneas de máximo reflujo y máximo flujo. La muestra S3 corresponde con el frente de playa y la S4 se recolectó en la parte alta de la playa, en las inmediaciones del escalón de playa (Fig. 2).

Las muestras fueron tamizadas cada 114 de φ y los parámetros granulométricos (Tabla 1) se obtuvieron según la metodología de Folk (1974).

El análisis por difracción de rayos X (Tablas 2 y 3) se hizo utilizando radiación CuK α con monocromador de grafito y el de fluorescencia se realizó con radiación de cromo.

Por absorción atómica se determinaron las concentraciones de diversos metales en función de la disponibilidad de lámparas. Se pesó con exactitud cerca de 0.5 gr de submuestra, la cual se colocaba en un vaso de teflón en una bomba de digestión Parr. Se le agregan 15 ml de agua regia y 25 ml de ácido fluorhídrico. Las muestras se digieren durante 4 horas a 110 °C.

Una vez frías las bombas, se centrifuga y cuantifica el residuo de la extracción, el sobrenadante se evapora en un vaso de teflón a un volumen aproximado de 2 ml por calentamiento lento en una parrilla. Cuando la solución se enfría se vierte en un matraz volumétrico de 50 ml que contiene 10 ml de solución saturada de ácido bórico y se afora con ácido nítrico 3N. Por último se guardó la solución en frasco de plástico y se procedió a determinar la concentración de metales en un equipo de absorción atómica Varian Mod. 474 (Tabla 5).





Figura 2. Perfil de playa y curvas granulométricas.






DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Como se ve en la tabla 1 el rango de tamaños de las muestras analizadas es muy similar entre sí, no obstante, a medida que se avanza tierra adentro el tamaño disminuye, pasando desde 1.96 (arena media) hasta 2.41 (arena fina).

De igual manera se aprecia (Fig. 2) que las muestras S1 y S2, las más gruesas, tienen un contenido mayor de minerales claros que las muestras S3 y S4, las más finas, las cuales son ricas en minerales oscuros. No es de extrañar que esta relación se presente, toda vez que los minerales oscuros son principalmente minerales pesados y corresponden con tamaños más finos; mientras que los claros están constituidos por granos de cuarzo y fragmentos de conchas.

TABLA 1. PARÁMETROS TEXTURALES. Mz = TAMAÑO GRÁFICO PROMEDIO; σ= DESVIACIÓN ESTÁNDARD GRÁFICA INTRUSIVA; Ski = GRADO DE ASIMETRÍA INCLUSIVA; KG = CURTOSIS; Mo = MODA.











TABLA 2. DIFRACCIÓN DE RAYOS X PARA DIVERSAS FRACCIONES DE LA MUESTRA S4











TABLA 3. DIFRACCIÓN DE RAYOS X DE LA FRACCIÓN 3.00 ς PARA LAS MUESTRAS S1, S2, S3 Y S4











TABLA 4. ELEMENTOS POR FLUORESCENCIA DE RAYOS X EN ALGUNAS MUESTRAS Y FRACCIONES EN ORDEN DECRECIENTE DE ABUNDANCIA RELATIVA











La concentración de arenas negras hacia las partes altas de la playa (muestras S3 y S4), probablemente se deba a que la ola de lavado, que retorna al mar, no tiene la suficiente fuerza para transportar hacia el mar a los minerales más pesados. Además el viento ha de jugar un papel importante en la concentración de arenas negras, finas y pesadas, mediante la eliminación de las arenas claras, gruesas y más ligeras. Durante el muestreo se encontró que en la berma había una gran abundancia de rizaduras por viento.

La muestra S2, ubicada en la parte baja de la zona mesolitoral, se asocia con muy abundantes hoyos por burbujeo, herraduras por oleaje, marcas romboidales y marcas de reflujo en V.

Los hoyos por burbujeo también se observaron en los sitios de muestreo S1, S3 y S4, lo cual se puede deber a la influencia de la marca en el área de estudio.

Las arenas finas de la zona de bermas (muestra S4) producen un tacto "acolchonado", en tanto que en la zona del frente de playa (muestra S3) el piso arenoso es firme. Dado que la diferencia de tamaños es mínima entre ambas (2.27 en el frente de playa y 2.41 en las bermas) la explicación a la diferencia en tactos se puede encontrar en el grado de saturación, esperándose que este sea mayor en el frente de playa.

Como se observa en la figura 2, las curvas granulométricas de las muestras S 1 y S2 son similares entre sí y las S3 y S4 también son similares entre sí. La moda en las primeras se ubica en 1.75 y en las últimas en 2.50 (Tabla 1).

Por otro lado el contenido de minerales oscuros, generalmente asociados con minerales pesados, es mayor en las muestras más finas, esto es, en las muestras S3 y S4. Esto puede deberse a que se trata de muestras que se encuentran en la parte alta de la playa, y que ya han sido lavadas" de minerales claros o de fragmentos de conchas, las cuales regresan al mar como resultado de la acción del oleaje de reflujo. De esta forma se genera una concentración natural de minerales finos, oscuros y pesados hacia la parte alta de la playa de San Antonio del Mar.

Las muestras estudiadas son bien clasificadas, mesocúrticas y simétricas o bien, simétricas hacia los tamaños finos (Tabla 1) la cual es relativamente común para el caso de sedimentos litorales (Carranza-Edwards, 1986: Carranza- Edwards et al., en prensa).

Entre los minerales claros se destaca la presencia del cuarzo y de feldespatos y entre los oscuros principalmente hornblenda, ilmenita, rutilo, monazita, hematita y magnetita (Fig. 2, Tabla 2). Las principales rocas aportadoras de minerales hacia la playa, que afloran en el área de estudio son posiblemente las del Complejo Metamórfico del Paleozoico, así como las ígneas intrusivas ácidas del Cretácico.





TABLA 5. CONCENTRACION DE METALES EN DIVERSAS FRACCIONES DE LAS MUESTRAS RECOLECTADAS





En la fracción 3.0 ς de las muestras recolectadas, se hicieron análisis por difracción de rayos X, encontrándose monazita en las muestras S2, S3 y S4 (Tabla 3), la cual es de importancia económica por tratarse de un fósfato de tierras raras fuente de Ce y Th. La presencia de monazita se confirma por el análisis elemental de fluorescencia de rayos X (Tabla 4).

La monazita proviene posiblemente del complejo metamórfico del Paleozoico o de los intrusivos ácidos del Cretácico, pues se trata de un mineral accesorio común en ese tipo de rocas.

Por otro lado, la monazita no se detectó en los sedimentos de la plataforma continental adyacente a la playa de San Antonio del Mar (Carranza-Edwards, 1987), lo que permite suponer que su presencia se limite al litoral arenoso emergido, ya que la monazita al ser un mineral muy pesado, podría no ser transportado hacia el mar por el oleaje de reflujo ("backswash"). Por otro lado, en trabajos derivados de la Campaña Oceanográfica MIMAR I (Carranza-Edwards, 1987) se reporta la presencia de itrio, en sedimentos de la plataforma continental, hacia el W y el N de San Antonio del Mar en profundidades variables entre 35 y 20 m. Posiblemente el itrio se encuentre como impureza dentro de la calcita por desplazamiento parcial del calcio, como sucede en el caso de la itrocalcita (Betejtin, 1970).

De esta forma las tierras raras se encontrarían en la playa a través de la monazita que es un mineral pesado y en la plataforma mediante la calcita que es un mineral ligero. En cuyo caso existiría una selectividad mineralógica controlada por diferencias en los niveles de energía del ambiente de depósito.

Según los datos de las Tablas 2, 3 y 4 se resalta la presencia de magnetita e ilmenita, y de acuerdo con los datos de fluorescencia de rayos X (Tabla 4) se puede sospechar la existencia de zircón, como lo evidencia la presencia de Zr, no obstante no se detectó por difracción de rayos X, razón por la cual cabría suponer que su concentración sea relativamente baja.

La ilmenita, la magnetita y el zircón son minerales de interés económico, toda vez que son respectivamente minerales importantes de titanio, fierro y zirconio (Monttana et al., 1978).

Por las concentraciones determinadas en los análisis por absorción atómica se destaca la importancia del fierro y del titanio en los sedimentos litorales de San Antonio del Mar (Tabla 5).

Para la muestra S3 se determinó una concentración del fierro de 50.47% en la fracción comprendida entre 3.25 y 3.50 φ. Por otro lado en la fracción comprendida entre 3.00 y 3.25 φ de la muestra S4 se determinó una concentración de 14.13% de Ti.

Las rocas fuente de la ilmenita y de la magnetita, pueden ser tanto las del Complejo Metamórfico del Paleozoico, como los intrusivos y extrusivos ácidos del Cretácico, pues se trata de minerales accesorios comunes de este tipo de rocas.

Finalmente y como resultado del estudio efectuado se recomienda ampliar las investigaciones de las arenas del área de San Antonio del Mar por ilmenita, magnetita y monazita, las cuales se encuentran principalmente en las fracciones más finas del sedimento litoral.


Conclusiones

Los sedimentos estudiados de la Playa de San Antonio del Mar son principalmente arenas finas, bien clasificadas, mesocúrticas y simétricas.

Se observó que las arenas tienden a ser más finas y más oscuras hacia la parte alta del frente de playa y en la berma de la misma.

Los sedimentos litorales de San Antonio del Mar se caracterizan por una elevada concentración de arenas negras, entre las que se destaca la presencia de minerales de valor económico, como son la ilmenita, rutilo, monazita y magnetita.

Las máximas concentraciones de metales correspondieron al Fe y al Ti, y se asocian con las muestras más finas, esto es, las muestras S3 y S4 que se ubican hacia las partes altas de la playa.

En la fracción de 3.5 φ de la muestra S3 se encontró un valor máximo de 50.47% de Fe y en la fracción 3.25 de la muestra S4 se encontró un valor máximo de 14.13% de Ti.

Por fluorescencia de rayos X se determinó la presencia de tierras raras, que de acuerdo con el análisis de difracción de rayos X corresponde con monazita, que también es de interés económico.

Se considera que los minerales oscuros presentes en los sedimentos litorales estudiados, han sido llevados a la playa por el Arroyo Seco que recorre terrenos en los que hay rocas del Complejo Metamórfico Paleozoico y rocas intrusivas y extrusivas ácidas del Cretácico.

Por último, se recomienda ampliar la investigación por ilmenita, magnetita y monazita con la finalidad de evaluar el tonelaje de fierro, titanio y tierras raras en la región de San Antonio del Mar.


Agradecimientos

Se agradece a las autoridades del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología y del Instituto de Geología, de la Universidad Nacional Autónoma de México, el apoyo brindado para la realización de este trabajo.

Asimismo se agradece a G. Sánchez Lara su dedicación durante los tamizados de las muestras en el Laboratorio de Sedimentología del Insituto de Ciencias del Mar y Limnología.


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