11.- Rocas y yacimientos ligados a volcanismo
11.- Rocas y yacimientos ligados a volcanismo
El volcanismo incluye en el detalle una gran variedad de procesos, en función de la naturaleza del magma que llega a la superficie, de la forma en que es extruído a la superficie, de los volátiles que acompañan a la roca, así como del hecho de que el proceso se produzca en un medio subaéreo o subacuático. Esto da origen a la gran variedad de rocas y yacimientos minerales que encontramos asociados a los procesos volcánicos.
El volcanismo es la manifestación en superficie de los procesos magmáticos. El principal fenómeno volcánico es la erupción, es decir, la salida a la superficie del planeta del magma Hay una gran variedad de factores que controlan la salida: unos son propios de la composición del magma; otros son externos a la naturaleza del magma: tipo de accidente por el que se produce la salida del magma, carácter subaéreo o submarino de la erupción, etc. Todo ello condiciona la naturaleza del proceso eruptivo, así como de las rocas que se forman durante éste.
La composición del magma que alcanza la superficie condiciona el proceso eruptivo de diferentes formas:
- El mayor o menor contenido en sílice (es decir, que el magma sea de tendencia félsica o máfica) condiciona su viscosidad: los magmas félsicos son siempre más viscosos que los máficos, debido a que en ellos se originan minerales de estructura más compleja que en los básicos. A su vez, los magmas menos viscosos suelen dar origen a erupciones tranquilas, con flujo de lava continuo, no acompañado de emisiones violentas, mientras que los más viscosos suelen dar lugar a erupciones mucho más violentas, debido a la dificultad del magma para fluir produce interrupciones del flujo de la lava que se resuelven de forma explosiva.
- El contenido en volátiles también condiciona la violencia de las erupciones. Los magmas ricos en volátiles dan origen a procesos eruptivos violentos, debido a que su liberación provoca este tipo de fenómenos. Las rocas resultantes de estos procesos suelen ser muy vesiculares, tipo pómez.
En definitiva, estos dos factores controlan la mayor o menor explosividad del volcanismo, que se traduce en la formación de distintos tipos texturales: rocas compactas, resultado de la cristalización de lavas, y rocas fragmentarias (piroclásticas), resultado de la acumulación de material explosivo (ver figura). Por otra parte, la propia composición del magma da origen a distintas litologías, formadas por asociaciones minerales diferentes, lo que permite una clasificación de las rocas volcánicas equivalente a la de las rocas plutónicas.
La localización espacial, tectónica y/o geográfica, del volcanismo es también un factor condicionante del tipo de erupción:
- Las erupciones se pueden localizar a lo largo de importantes accidentes tectónicos: fallas, lo que da origen al denominado volcanismo fisural, alineado a lo largo de esos accidentes. Por el contrario, el volcanismo central no muestra esta distribución, ya que su relación con accidentes tectónicos es menos estrecha.
- Por otra parte, el volcanismo puede tener lugar en medio subaéreo o en medio submarino. El primer caso da origen a aparatos volcánicos muy bien estructurados, pero que no suelen preservarse, pues son destruidos por la acción de la erosión. Por su parte, el volcanismo submarino no suele originar estos edificios volcánicos vistosos, sino estructuras características, como las lavas almohadilladas (pillow-lavas). En cualquier caso, la acumulación de lavas puede dar lugar a islas oceánicas, cuya elevación sobre el nivel del fondo marino puede alcanzar más de 10 Km., como es el caso de las islas Hawai o las Canarias. Menos común es el volcanismo bajo casquetes polares, o bajo glaciares, que origina la fusión del hielo suprayacente (ver un caso real).
- Un tipo especial de volcanismo tiene lugar cuando el magma alcanza niveles muy superficiales, encajando en sedimentos empapados en agua. En este caso, el magma llega a vaporizar el agua, produciendo unas características erupciones ultraexplosivas: el denominado volcanismo freatomagmático.
En función de todos estos factores, el volcanismo tiene lugar de formas muy diferentes, que se clasifican de acuerdo con su semejanza con erupciones históricas:
- Hawaiano: es el volcanismo más tranquilo, caracterizado por le emisión de lavas muy fluidas, pobres en gases y de composición máfica: es típico de los basaltos de islas oceánicas, como por ejemplo, los de las islas Hawai, de donde toma el nombre. Los edificios volcánicos a que da origen son de tipo "en escudo", de gran extensión areal y escasa altura, debido a que la lava fluye hasta grandes distancias respecto al punto de emisión. Uno de los volcanes hawaianos más característicos es el Kilauea.
- Estromboliano: en este caso los magmas son también muy fluidos, pero van acompañados de un alto contenido en gases, que favorece la actividad explosiva intermitente, alternando con periodos de emisión tranquila de lavas. Los edificios volcánicos característicos son de tipo cono compuesto o estrato-volcán, en el que alternan capas de lavas y de piroclastos. El nombre alude al volcán deEstrómboli, en la isla italiana del mismo nombre. Ver un esquema.
- Pliniano: Característico de magmas viscosos y ricos en gases, lo que hace que estos últimos presenten una alta resistencia a quedar liberados, hasta un punto de sobrepresión interna que recibe el nombre de nivel de fragmentación, en el que se produce la ruptura de la roca en pequeños fragmentos (piroclastos). Como consecuencia se producen erupciones muy violentas, acompañadas de altas columnas eruptivas, que se organizan en edificios volcánicos de tipo cono de cenizas, acumulaciones escarpadas de material piroclástico que no suelen alcanzar tamaños importantes. El nombre alude a la descripción de Plinio el Viejo de la erupción del Vesubio que arrasó Pompeya y Herculano, y que le mató.
- Vulcaniano: Es un proceso eruptivo muy similar al anterior, caracterizado por la periodicidad de las erupciones. Se produce con magmas muy viscosos, que solidifican rápidamente, taponando el conducto volcánico, con lo cual las erupciones han de comenzar rompiendo estos tapones. Toma el nombre del volcán Vulcano, en las islas Eolias (Italia).
- Peleano: Cuando los magmas viscosos llegan a formar pitones (agujas) que ascienden por la presión de la lava ascendente, la fracturación de estos pitones permite la salida de las denominadas nubes ardientes, grandes coladas piroclásticas que arrasan el entorno del aparato volcánico. En otros casos pueden llegar a producirse gigantescas explosiones que destruyen completamente el edificio volcánico. Recibe el nombre de la erupción del Mont Pelee, en la isla de La Martinica, que en el año 1908 arrasó la ciudad de San Pedro.
- Freatomagmático o hidromagmático: las erupciones freatomagmáticas son consecuencia, como ya hemos visto, de la interacción entre el magma y un acuífero. Se produce así gigantescas explosiones subterráneas, que dejan en superficie su traza en forma de una zona deprimida rodeada de un anillo de materiales proyectados por la explosión; estos edificios característicos reciben el nombre demaares. Ver un esquema.
En los edificios volcánicos podemos encontrar toda una gama de estructuras, que resultan características de determinados ambientes o procesos. Entre ellas podemos destacar las siguientes:
- Estructuras de enfriamiento superficial: las lavas subaéreas, al enfriarse en contacto con el aire, tienden a arrugarse dando formas características, que reciben distintos nombres en función de su aspecto: lavas cordadas, pahoehoe, aa.
- Disyunción columnar: Como consecuencia del proceso de enfriamiento, a menudo las coladas de lava masivas de cierta potencia se fracturan en columnas verticales de sección subhexagonal.
- Lavas almohadilladas: son exclusivas del volcanismo submarino, y consisten en tubos de lava similares a almohadas. Estas se producen por el flujo de la lava a partir de puntos de rotura de las canalizaciones.
En función de todas estas características, los materiales que se acumulan como resultado de la actividad volcánica pueden ser de los siguientes tipos:
- Rocas porfídicas: la solidificación de lavas suele dar lugar a rocas porfídicas, formadas por fenocristales de naturaleza variada (cuarzo, feldespato potásico y biotita en las riolitas; plagioclasa y anfíbol o piroxeno en las andesitas; olivino, piroxeno y plagioclasa en los basaltos), en una matriz criptocristalina o vítrea.
- Obsidiana: es una roca fundamentalmente vítrea, aunque puede contener algunos fenocristales.
- Perlita: es una roca volcánica vítrea en la cual se desarrollan fracturas curvas a subcirculares, que aíslan núcleos de vidrio intacto.
- Pómez: roca extremadamente rica en vacuolas, como consecuencia de la liberación de gases. Como estas rocas se forman como consecuencia de procesos explosivos, suelen formar acumulacionesescoriáceas, caóticas.
- Bloques y bombas: son también productos de erupciones explosivas, de diámetro superior a 64 mm. Se diferencian en que los bloques son de formas angulosas, debido a que son expulsados por el volcán en estado sólido, mientras que las bombas suelen presentar morfología fusiforme, que adoptan durante el vuelo. También pueden presentar una morfología tipo "hogazas de pan".
- Lapilli: es otro piroclasto, de tamaño medio comprendido entre 64 y 2 mm. Suele estar formado por fragmentos de la propia roca volcánica, porfídicos o vítreos.
- Cenizas volcánicas: son los piroclastos de grano más fino, de diámetro medio inferior a 2 mm.
A su vez, los materiales piroclásticos pueden originarse como consecuencia de dos mecanismos: por evolución de nubes ardientes (coladas u oleadas piroclásticas), o por colapso de la columna eruptiva (piroclastos de caída). Los primeros suelen ser masivos, a menudos soldados, finamente laminados, y de depositan preferentemente en zonas de topografía deprimida, mientras que los segundos suelen ser materiales suelos, caóticos, sin laminación clara, y se depositan en estratos perfectamente paralelos a la topografía.
Algunos ejemplos de la zona volcánica de Cabo de Gata: pulse aquí.
Las rocas volcánicas se clasifican en primer lugar en función de su tipología: rocas piroclásticas, lávicas, pumíticas (pómez), obsidiana… A su vez, existe una clasificación granulométrica para las rocas piroclásticas (explicitada básicamente en el punto anterior: diferencia entre bombas y bloques, lapilli y cenizas volcánicas), y una clasificación de base mineralógica para las rocas porfídicas.
La clasificación mineralógica de las rocas porfídicas es similar a la que ya hemos visto para las rocas plutónicas: se basa en el cálculo de los parámetros QAPF (M no suele ser nunca superior a 90 en las rocas volcánicas) y con estos parámetros la clasificación es similar a las variedades plutónicas, variando los nombres de las rocas que caen en cada campo: riolita en vez de granito, basalto en vez de gabro, etc. (verfigura).
Aplicaciones de las rocas volcánicas
Toda la variedad de rocas descritas pueden tener aplicaciones industriales más o menos importantes:
- Las rocas porfídicas, al tratarse de rocas compactas, aunque a menudo afectadas por disyunciones más o menos regulares, no suelen tener otra aplicación que como árido de machaqueo. En concreto, algunos basaltos son excelente materia prima para áridos especiales, como el balasto de ferrocarril.
- Las rocas de tipo piedra pómez de naturaleza silícea son materia prima para la industria cementera, ya que por su naturaleza vítrea y su composición reaccionan con la cal para dar compuestos con propiedades hidráulicas: son los denominados cementos puzolánicos o puzolanas. También tienen aplicaciones menores en la industria textil, para el lavado a la piedra de prendas vaqueras, y en la higiene doméstica.
- La obsidiana es una piedra semipreciosa, apreciada para la elaboración de objetos decorativos.
- La perlita es un vidrio volcánico parcialmente hidratado, rico en sílice, que es susceptible de ser tratado por expansión. Este material ya tratado tiene varias aplicaciones en construcción: árido ligero en hormigones, aislante acústico, aislante criogénico. También se utiliza en procesos de filtrado y en suelos artificiales, para horticultura.
El volcanismo es un mecanismo descrito tradicionalmente como generador de acumulaciones metálicas: muchos yacimientos de sulfuros guardan relaciones cuanto menos de proximidad geográfica con rocas volcánicas, lo que sin duda es una indicación de su vinculación genética. De todos los tipos con los que se ha establecido relación con volcanismo, el caso más claro probablemente corresponde a los yacimientos de tipo Kuroko o tipo Faja Pirírica ibérica (p.ej., Riotinto, Tharsis), es decir, yacimientos de sulfuros polimetálicos masivos, con pirita como mineral mayoritario. En muchos otros casos la vinculación con el volcanismo es menos evidente, y se describen como yacimientos sedimentarios con posible influencia de procesos volcánicos.
En todos los casos, cuando se habla de relaciones entre volcanismo y yacimientos minerales la base empírica es que el proceso de volcanismo aporta elementos químicos, entre ellos metales pesados, que por lo general se liberan al medio. Esto es un hecho de observación, y en ocasiones vemos en la prensa noticias alarmantes sobre las emisiones de estos elementos de mayor o menor toxicidad a la atmósfera (CO2, SO2). Incluso en alguna ocasión se han publicado en la prensa los kilogramos de oro que un volcán está emitiendo, como si el volcán emitiese monedas de este metal. Lo cierto es que estas emisiones se producen en forma gaseosa, y que es necesario algún mecanismo geoquímico que fije los metales para que pueda formarse un yacimiento, evitando la dispersión de los metales.
El descubrimiento en determinados puntos de los fondos oceánicos de los denominados "black smokers", chimeneas de descarga de sistemas hidrotermales submarinos ha permitido observar de forma directa la formación de estas concentraciones.
Algunos ejemplos de la región de Cabo de Gata (Almería): pulsar aquí.
Los yacimientos de tipo Kuroko (o tipo Huelva, ya que la Faja Pirítica Ibérica es la mayor concentración mundial de este tipo de mineralizaciones) son concentraciones sedimentarias (o volcano-sedimentarias, como se denominan preferentemente) de sulfuros polimetálicos, por lo general dominados por pirita, a la que suelen acompañar otros como calcopirita, esfalerita y galena. Además es frecuente que contengan ciertos valores de metales preciosos (Au, Ag) que añaden interés económico a su explotación minera.
Aparecen constituyendo formaciones de potencia variable (por lo general de varias decenas de metros) y extensión variable (incluso kilométrica), que se encuentran intercaladas en secuencias marinas detríticas con abundantes intercalaciones volcánicas. Su tonelaje suele ser muy elevado (superior a los 50 Mt), lo que permite su explotación minera.
En detalle la tipología de estas mineralizaciones puede ser muy variable, en función de diversos caracteres, entre los que sobresale la mayor o menos lejanía (distalidad) o cercanía (proximalidad) con respecto al área de descarga de las emisiones hidrotermales al medio marino. Otro carácter interesante suele ser su recristalización metamórfica, que produce el aumento de su tamaño de grano, favoreciendo la explotación minera y, fundamentalmente, la concentración de cada mineral.
La mineralogía habitual de estos yacimientos incluye siempre pirita como fase más abundante, acompañada por calcopirita, esfalerita, galena y barita. Es relativamente frecuente la separación en cuerpos mineralizados con mineralogías diferenciadas: las denominadas “black ores”, constituidas mayoritariamente por galena y esfalerita, junto con barita subordinada, y las denominadas “yellow ores”, con pirita y calcopirita como minerales fundamentales. A menudo el yeso y el azufre nativo forman parte más o menos marginal de este complejo sistema. Como minerales minoritarios dentro de las mineralizaciones principales podemos encontrar otros sulfuros afines, como pirrotina, marcasita, arsenopirita, bornita, o metales nativos como oro y plata, siempre en contenidos relativamente bajos (valores del orden de 10-20gr/t). También son frecuentes en el sistema los niveles de chert ferruginoso, que aparecen interestratificados en la secuencia volcánica relacionada.
Es frecuente que estos yacimientos se encuentren fuertemente afectados por la deformación tectónica: se forman en medios oceánicos, lo que implica que para que lleguen a aflorar deben haber sido afectados por un proceso orogénico de cierta intensidad.
Su formación ocurre en determinados ambientes geodinámicos: en el caso de Japón es clara su relación con procesos destructivos de tectónica de placas, ya que se localizan precisamente a lo largo de uno de estos límites de placa. Esta relación no es tan clara en el caso de la Faja Pirítica Ibérica, en la que el magmatismo no parece ser el característico de esta localización geodinámica, y más parece relacionado con un proceso de rifting.
En cualquier caso, es evidente siempre la relación entre los yacimientos y un magmatismo volcánico, a menudo máfico, aunque en el caso de la Faja pirítica ibérica la relación más clara se da con el de naturaleza félsica.
Como ya hemos mencionado, además de los de tipo Kuroko existe un cierto número de yacimientos, de naturaleza diversa, que distintos autores consideran relacionados con volcanismo. Desde yacimientos de arcillas especiales, producto de alteraciones específicas de rocas volcánicas (caso de las bentonitas de Cabo de Gata, Almería), hasta yacimientos de sulfuros metálicos atípicos, como es el caso de los de cinabrio de Almadén, o los de óxidos metálicos (Fe, Mn, entre otros) que frecuentemente se encuentran intercalados en series con rocas volcánicas más o menos abundantes. De entre estos tipos destacaremos los de mercurio de Almadén, las formaciones bandeadas de hierro (BIF en la terminología anglosajona), y, por su singularidad, las coladas de magnetita de la zona de El Laco (Chile), que constituyen un caso único de mineralizaciones de origen volcánico directo.
Los yacimientos de mercurio de Almadén constituyen un caso único a nivel mundial, debido a varios factores:
- La enorme concentración puntual que representan de un elemento escaso, como es el mercurio
- La variedad de tipologías que presentan, que va desde mineralizaciones típicamente estratoligadas, encajadas en rocas cuarcíticas, hasta mineralizaciones claramente discordantes, epigenéticas
- El carácter monoelemental de todos los tipos de mineralizaciones, independientemente de su tipología: en todos los casos el mercurio es el único metal que aparece concentrado, sin que existan elementos asociados, ni siquiera de entre los más afines desde el punto de vista geoquímico (As, Sb, Au, Ag...)
- Su relación espacial, y más que probablemente genética, con un volcanismo alcalino intraplaca, relación ésta entre sulfuros estratoligados y volcanismo alcalino que no es común en otros casos.
De entre los distintos tipos de mineralizaciones existentes en el distrito, las más importantes son sin duda las estratoligadas, encajadas en la denominada Cuarcita de Criadero, de edad Silúrico basal, que se han explotado en las minas de Almadén, El Entredicho y La Vieja Concepción. En estos casos, la mineralización de cinabrio aparece diseminada en la ya mencionada Cuarcita de Criadero, y esta siempre está en contacto con la denominada "roca frailesca", toba de lapilli de naturaleza basáltica, sistemáticamente muy alterada, que constituye diatremas formadas por mecanismos eruptivos explosivos. Los contenidos en mercurio en la cuarcita decrecen al alejarnos del contacto con esta "roca frailesca", evidenciando la relación genética con esta roca peculiar.
El termino Banded Iron Formation (BIF; Formación Bandeada de Hierro) ha sido definido en su forma más simple como rocas sedimentarias químicas conteniendo por lo menos un 15% de hierro, o como unidades estratigráficas laminadas con al menos 15% de hierro, donde las rocas laminadas son capas de mineral de hierro, de cuarzo, de chert, o de carbonato. Sin embargo es importante distinguir entre dos tipos principales: 1) BIF tipo Lago Superior, de origen sedimentario químico; y 2) BIF tipo Algoma. Son estas últimas las que nos interesan en este capítulo, dada su asociación con el vulcanismo. Las BIFtipo Algoma se relacionan con rocas volcánicas y sedimentarias (tipo grauvacas), en secuencias principalmente del Arqueozoico. Se localizan estratigráficamente en cinturones de rocas verdes (greenstonebelts), y se caracterizan por una laminación fina de chert ferruginoso, conteniendo hematites y/o magnetita. A estas facies ferruginosas se pueden asociar, además, facies sulfuradas (con pirita y calcopirita y otros sulfuros de hierro y cobre), carbonatadas (p.ej. siderita), y silicatadas (p.ej., stilpnomelana). Su origen puede relacionarse directamente con el vulcanismo a través de fenómenos exhalativos en condiciones submarinas, donde las facies sulfuradas serían ‘proximales’ con respecto al foco emisor, y las oxidadas ‘distales’. El que la mayoría de estas BIF sean de edad arqueozoica no significa que se encuentren limitadas a esta edad, ya que también existen ejemplos de formaciones tipo Algoma en el Paleozoico (p.ej., Cordillera de Nahuelbuta, Chile).
Los óxidos de manganeso constituyen yacimientos de tipología muy variada, que van desde tipologías epigenéticas, filonianas, a claramente singenéticas, estratoligadas. En el caso de los yacimientos singenéticos, en algunos la relación con actividad magmática no es evidente, por lo que se pueden considerar como yacimientos sedimentarios de precipitación química (ver Tema 8). Pero en otros casos, sí hay una relación genética clara entre yacimientos de esta naturaleza y actividad volcánica. Dos casos que se pueden estudiar en España son los yacimientos de óxidos de manganeso de la Faja Pirítica Ibérica (Huelva-Sevilla), y los de óxidos de Fe-Mn de la región volcánica de Campos de Calatrava (Ciudad Real).
En el primer caso, se trata de mineralizaciones estratoligadas de óxidos y carbonatos de manganeso, relacionados lateralmente con los sulfuros masivos.
En el segundo, las mineralizaciones, constituidas por óxidos de hierro y manganeso, tienen una entidad mucho menor, y solamente han sido explotadas durante la Segunda Guerra Mundial, por la mayor demanda de este elemento, y porque contienen cierta proporción de metales como cromo y níquel, que, al igual que el manganeso, se aplican como blindaje de carros de combate.
Se describe aquí un caso singular de mineralización metálica de origen directamente volcánico: se trata de una colada lávica de magnetita existente en la Cadena Andina chilena, en la Región de Antofagasta. El yacimiento, con unas reservas del orden de 1.000 Mt con 50% Fe, se encuentra asociado a un complejo eruptivo andesítico-riodacítico, con actividad intermitente desde el Mioceno hasta la actualidad, que se localiza sobre materiales detríticos del Paleozoico.
La mineralización está formada casi exclusivamente por magnetita, que acusa un proceso de transformación parcial, a alta temperatura, por hematites, y un proceso supergénico de formación de goethita y maghemita. Desde el punto de vista geoquímico, la magnetita muestra valores muy bajos en los elementos traza que normalmente se encuentran asociados al hierro en las mineralizaciones de este mineral de origen ortomagmático (V, Cr y Ti), lo que hace su origen controvertido, entre los defensores de un origen puramente magmático, y los defensores de procesos de removilización magmática de hierros sedimentarios a partir de la serie paleozoica.
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