DISTRIBUCIÓN DE MINERALES EN LA FRACCIÓN ARCILLOSA DE SEDIMENTOS DEL PACÍFICO CENTRAL MEXICANO

Trabajo recibido el 10 de octubre de 1988 y aceptado para su publicación el 2 de mayo de 1989.

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

Del 26 de enero al 10 de febrero de 1986 se efectuó la Campaña Oceanográfica Mimar II, en la porción central del Pacífico Mexicano (Fig. l). Esta campaña formó parte del proyecto UNAM-CONACyT denominado "Investigaciones sobre el origen, procesos y distribución de minerales del piso oceánico del Pacífico en la Zona Económica Exclusiva de México" (Clave CONACyT PCCBBNA 022127).

El eje de la Dorsal del Pacífico Oriental se caracteriza por su actividad hidrotermal, la cual ha sido estudiada ampliamente por varios autores en la latitud de 21°N (Francheteau et al., 1979; Cyamex., 1980; Spiess et al., 1980; Carranza-Edwardset al., 1986). Recientemente, Carranza-Edwards et al. (1987) hacen un estudio sobre la distribución y características físicas externas de los nódulos polimetálicos colectados en las regiones B y C durante la Campaña Oceanográfica Mimar II, destacando la importancia de los nódulos polimetálicos superficiales encontrados en la por ellos denominada Depresión Mimar, cuyo centro geógrafico se ubica en los 16º 30' LW, esto es, a unos 240 km al SW de la Isla Clarión. Su longitud máxima es de 240 km, su anchura de 60 km y está delimitada por la isobata de 3,900 m.

El estudio que aquí se aborda es también aplicable al entendimiento de las condiciones de formación de los nódulos polimetálicos dado que estos se encuentran asociados con arcillas pelágícas altamente oxidadas (Heat, 1982).

El objetivo del presente trabajo es el de caracterizar de manera regional la distribución de arcillas en el Pacífico Central Mexicano, con la finalidad de observar las tendencias de variación en la concentración de los minerales de la fracción más fina.

Las estaciones de muestreo se encuentran entre los 20°31'.0 y 16º25'.0 de Latitud Norte y entre los 110º28'.0 y 116º50'.0 de Longitud Oeste.

En la figura 1 se localiza el área de estudio, la cual comprende las regiones A, B y C que de acuerdo con Lugo Hubp (1985) corresponden con las siguientes morfoestructuras: 1) Dorsal del Pacífico Oriental, 2) Laderas y superficies de mesetas y planicies abisales con lomeríos y montañas y 3) Planicie abisal ondulada y con lomeríos.

Las profundidades del piso oceánico varían desde 2,800 m en la región A hasta 4,000 m en la región C. Por otro lado, de acuerdo con datos de Ramírez-Argáez (1987) los sedimentos del área de estudio se ubican principalmente dentro de las facies sedimentaria de lodos silíceos.

La trayectoria del crucero se seleccionó en tal forma que se cubriera un área que incluyera desde la dorsal hasta la planicie abisal adyacente a la Isla Clarión. Así pues el muestreo se distribuyó en las tres regiones antes mencionadas, obteniéndose para este estudio, nueve núcleos en la Región A, igual numero en B y doce en C (Fig. 1). Los detalles de cada uno de ellos se encuentran en la Tabla 1.

Se utilizó un nucleador de gravedad con pesas desmontables, acoplado a un tubo de PVC de cuatro pulgadas de diámetro, dispositivo que permitió la toma de testigos penetrando en el fondo marino hasta 300 cm, dependiendo de lo compacto del sedimento. Una vez a bordo del B/O El Puma, los núcleos fueron seccionados transversalmente mediante una sierra circular. Una mitad fue muestreada cada 20 cm, o donde se presentaron cambios en el color o en lo compacto del sedimento, seleccionándose 90 muestras de los 30 núcleos para la investigación de la fracción arcillosa, la otra mitad se conservó como testigo. Las muestras, de un peso aproximado de 700 gr c/u, fueron colocadas en bolsa de polietileno, selladas con prensa de calor y almacenadas a una temperatura de 4 °C, con el fin de conservarlas sin alteración hasta el momento de proceder a su preparación y estudio. Para su análisis las muestras se ordenaron en tres grupos, según el intervalo dentro del cual se ubicaban dentro de los núcleos, esto es: 1) 0-40 cm, 2) 40-100 cm y 3) mayores de 100 cm.

En los laboratorios del Instituto de Geología de la UNAM, se separó la fracción arcillosa de los sedimentos, eliminándose previamente la materia orgánica mediante tratamiento con peróxido de hidrógeno diluido al 35%, lavando posteriormente con agua destilada en el tamiz de 230 mallas (0.0625 mm). Se aforó un litro en una probeta graduada y se dispersó mediante agitación manual durante tres minutos para separar la fracción arcillosa por el método de la pipeta a intervalos de tiempos de una, dos y cuatro horas. Con la fracción arcillosa separada se elaboró una preparación sobre portaobjetos siguiendo la técnica descrita por Biscaye (1965).

La mineralogía de la fracción arcillosa se determinó mediante difracción de rayos X, utilizándose un difractómetro marca Philips PW-1050/25 con radiación Cuk a y monocromador de grafito. Las condiciones de excitación utilizadas fueron 40 kv y 20 mA.

Para efectuar el análisis semicuantitativo de las muestras se seleccionaron los cuatros minerales siempre presentes en la fracción arcillosa glicolada, (montmorillonita, illita, caolinita y cuarzo). Se emplearon los factores propuestos por Biscaye (1965) que relacionan el área bajo la curva del pico más intenso de un mineral determinado en el difractorama, con su concentración.

Figura 1. Localización del área de estudio.

Los sedimentos del fondo marino de las regiones B y C (Fig.1) se caracterizan por su color pardo obscuro, pardo amarillento obscuro y pardo amarillento muy obscuro, coloraciones que indican altas concentraciones del ión férrico y condiciones oxidantes. En contraste, los sedimentos del fondo oceánico de la región A se caracterizan por presentar una gran variedad de colores, que van desde los tonos rojizos a los verdosos, lo cual refleja además los efectos del hidrotermalismo ligado a la Dorsal del Pacífico Oriental (Ramirez-Argáez, 1987). Asimismo. el aporte de sedimentos de origen continental también ejerce su influencia en la variada coloración de los sedimentos de la región A, la cual es la más próxima a la masa continental. Verticalmente se nota poca variación en la coloración, siendo este aspecto tratado con detalle por Ramírez-Argáez (1987).

Los resultados de difracción de rayos X (Fig.2) indican la disminución en la concentración de montmorillonita al aumentar la distancia al continente. Las muestras tratadas con Etilenglicol, muestran relaciones M/I que varían desde 1.14 en A-8, hasta 0.42 en B-20 y 0.2 en C-37. En los diagramas se aprecian además de las reflexiones características de la montmorillonita, las de illita, caolinita, cuarzo, calcita, zeolitas (phillipsita), yeso y pirita, aunque estos últimos cuatro están en mucho menor concentración y en ocasiones ausentes. La presencia del sulfuro indica un medio ambiente reductor y de hidrotermalismo relacionado con la Dorsal. La ausencia de pirita es notable particularmente en la Región - C, de lo que se desprende que hay diferencias fundamentales entre las Regiones A y C, tanto por su relación M/I como por su concentración de pirita.

Figura 2. Comparación de difractogramas en muestras de la fracción arcillosa en sedimento superficiales de las regiones A (E-8), B (E-20) y C (E-37). a) muestras de tratamiento previo, b) muestras tratadas con etilenglicol.

En las gráficas de la figura 3 se indican los promedios en porcentaje obtenidos de los sedimentos arcillosos de los intervalos 0-40, 40-100 y mayores de 100 cm para cada una de las regiones consideradas. Se aprecia en el primer intervalo de la figura (0-40 cm) un notable incremento en la proporción de illita de A a C, y un decremento del contenido de montmorillonita mientras que los porcentajes de caolinita y de cuarzo se mantienen prácticamente constantes. En el segundo y tercer intervalos (40-100 y mayores de 100 cm) se aprecia la misma tendencia general antes mencionada. Con respecto al comportamiento de los contenidos relativos de los cuatro minerales considerados, en los sedimentos subsuperficiales de la región A (Fig. 3) se aprecia un incremento considerable de la proporción de montmorillonita en el intervalo intermedio(40-100 cm), mientras que el intervalo superficial y el más profundo exhiben valora semejantes en la relación montmorillonita/illita. En la región B se aprecia un aumento del contenido de montmorillonita a partir del intervalo intermedio (40-100), mismo que se mantiene constante hacia niveles inferiores. Por lo contrario, en la región C se aprecia que el intervalo intermedio (40-100 cm) es el de menor contenido de montmorillonita.

TABLA 1 DATOS DE NÚCLEOS DE LA CAMPAÑA OCEANOGRÁFICA MIMAR II

El área de estudio se ubica dentro de la provincia definida por Griffin y Goldberg (1963) como rica en montmorillonita, situada al sur y al norte de las provincias ricas en illita y clorita, respectivamente. En el presente estudio se encuentra que el límite oriental entre el dominio de la illita y montmorillonita se encuentra más al sur que el propuesto por los mencionados autores para el Océano Pacífico.

Considerando los diagramas de pastel de la Fig. 3, en los cuales se agrupan las muestras de acuerdo con los intervalos que ocupan dentro de los núcleos, se aprecia una notable disminución en el contenido de montmorillonita dude la región A hacia la región C, esto posiblemente sea un reflejo de la influencia de los extensos afloramientos de rocas volcánicas básicas de la Dorsal (Región A). No obstante, cuando se configuran los valores de la relación illita: montmorillonita (rabia 3, Fig. 4) de las fracciones arcillosas de los sedimentos más superficiales (0-20 cm) es también notoria la influencia que ejercen las Islas San Benedicto, Roca Partida y Socorro en cuanto a la distribución de sedimentos correspondientes al dominio de la montmorillonita (Fig. 4). En particular, se sabe que la Isla Socorro se caracteriza por tener lavas básicas (Ortega-Gutiérrez y Sánchez Rubio, 1985).

Figura 3. Abundancia relativa de los minerales mas abundantes de la fracción arcillosa.

TABLA 2 COEFICIENTE DE CORRELACIÓN DE MINERALES DE LA FRACCIÓN ARCILLOSA DE 32 MUESTRAS SUPERFICIALES (0 a 40 cm)

El coeficiente de correlación para los minerales en las muestras estudiadas, más próximo a la unidad es el de la relación motmorillonita/illita (0.69 para 32 muestras) (Tabla 2), lo que indica una relación estrecha entre las condiciones genéticas que motivaron la formación de una u otra arcilla. Están mucho más alejados de la unidad los coeficientes de correlación de montmorillonita con caolinita y cuarzo, de illita con caolinita y cuarzo, y de caolinita y cuarzo. La caolinita en los medios estudiados resulta de la alteración de los feldespatos incluida la hidrotermal. El cuarzo es un mineral siempre presente en los sedimentos marinos; en la zona de estudio constituye un mineral principal de los basaltos toleìticas de la Isla Clarión (Hidalgo-Hernando, 1987).

TABLA 3 CONCENTRACIÓN DE MONTMORILLONITA E ILLITA EN LA FRACCIÓN ARCILLOSA DE LOS SEDIMENTOS SUPERFICIALES (0-20 cm)

Figura 4. Configuración de la relación Illita: Montmorillonita. Las zonas sombreadas corresponden al dominio de la montmorillonita, esto es, I/M es menor que 1. Para la configuración se usaron los datos de la tabla 3.

La presencia de montmorillonita se asocia con aquellas regiones donde existe actividad volcánica básica (Grim, 1953). Así pues considerando que hay una asociación entre el porcentaje de montmorillonita y la abundancia de rocas volcánicas básicas, el aumento relativo de montmorillonita observado para el intervalo 40-100 cm, es particularmente notable en la región A (Fig. 3), lo que entonces indicaría un incremento en la actividad volcánica durante el tiempo en que se depositaron los sedimentos correspondientes a ese intervalo. Si se extrapola la tasa de sedimentación calculada para el Holoceno de un centímetro por cada 1000 años (UNAM-CONACyT, 1987) se concluye que la base del intervalo considerado se depositó hay unos 40,000 años. La cercanía continental también tiene su influencia en el porcentaje de montmorillonita, ya sea a partir de aportes eólicos o fluviales. De lo anterior se desprende que en el periodo de depositación del intervalo 40-100 cm hubo una mayor influencia de origen continental manifestada por la abundancia de montmorillonita con respecto a illita así como una importante actividad volcánica.

En la fracción arcillosa de las muestras estudiadas se detectaron los siguientes minerales: montmorillonita, illita, caolinita, cuarzo, calcita, phillipsita, yeso y pirita. Los cuatro últimos se encontraron en concentraciones menores que el 4% del total de la muestra incluso en ocasiones están ausentes.

En lo general se observa que a medida que los sedimentos se encuentran más alejados de la masa continental entonces la relación illita: montmorillonita aumenta. En los intervalos de 0 a 40 cm esta relación varía desde 1.33 en la región A, hasta 0.6 en la región C. Resultados similares se encontraron para los intervalos más profundos. Por otro lado, el incremento relativo de montmorillonita en los sedimentos de los niveles intermedios de los núcleos (40 a 100 cm) de la región A hace suponer que durante el tiempo de depositación de esos sedimentos existió un incremento en la actividad volcánica de la dorsal así como un aumento en el aporte de terrígenos.

De acuerdo con los resultados obtenidos durante el presente trabajo se concluye que tanto la Dorsal del Pacífico Oriental como las Islas Socorro, San Benedicto y Roca Partida ejercen un control en cuanto a la distribución de montmorillonita en el área de estudio.

Finalmente, se considera importante haber definido en el área de estudio el límite entre el dominio de las montmorillonitas y de las illitas, a través de su distribución.

A las autoridades del Instituto de Geología, del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología y del CONACyT se les agradece el apoyo brindado para la realización de este trabajo. Se agradece a P. Ramírez Rosas el tratamiento de muestras en el Laboratorio de Sedimentología del Instituto de Geología, a F. Vega López la elaboración de los dibujos y a S. Santiago Pérez los análisis estadísticos efectuados. Finalmente, nuestro aprecio a A. Martín Barajas por la revisión crítica del manuscrito.

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