una herramienta para reconstruir el pasado a partir de las...
TRANSCRIPT
4 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 19, 2015
Nicolás Pérez ConsuegraEstudiante de pregrado en Geociencias en la Universidad de los [email protected]
Aura Cuervo GómezEstudiante de pregrado en Geociencias en la Universidad de los [email protected]
[ notas. GEOCIENCIAS ]
Minerales pesados: una herramienta para reconstruir el pasado a partir de las rocas
Las rocas sedimentarias son aquellas que se forman a par-tir de la acumulación de sedimentos, fragmentos que fue-ron desprendidos de una roca parental o de organismos. Estos sedimentos son transportados hasta una cuenca se-dimentaria mediante sistemas fluviales, marinos o eólicos. Al aumentar la cantidad de sedimentos en una cuenca, la presión ejercida sobre los mismos es mayor y ocurren pro-cesos de enterramiento, un paso necesario para endurecer los sedimentos y convertirlos en una roca. Posteriormente, fuerzas tectónicas, como por ejemplo el choque entre pla-cas, deforma la corteza, lo cual posibilita que estas rocas se desplacen desde el subsuelo a la superficie. Una vez en la superficie, las rocas quedan expuestas en sitios donde los seres humanos las podemos apreciar y estudiar. Su es-tudio nos da pistas acerca de los ambientes en el pasado, la distribución de los ríos, montañas y océanos, e incluso de organismos como animales y plantas.
Estudios recientes han demostrado que tan solo el 16% de la superficie de los continentes está con-formada por cuencas sedimentarias, o posibles áreas de deposición de sedimentos, mientras que el resto (84%) son altos topográficos, que impiden la conservación de los sedimentos, y, por el contrario, favorecen la erosión y el flujo de los mismos hacia tierras bajas [1, 2]. Estos porcentajes nos indican que la probabilidad de que los sedimentos sean transportados por un río, depositados y preservados es realmente baja, y por lo tanto, tener acceso a una secuencia de rocas sedimentarias representa una oportunidad invaluable para reconstruir parcialmente la historia de la tierra.
El hecho de que estas rocas estén compuestas de fragmentos condujo a algunos investigadores a pre-guntarse si era posible identificar la fuente o roca preexistente de la cual derivaron (una revisión com-pleta de este tema puede consultarse en [3]). Gracias a estas preguntas se desarrollaron las técnicas actualmente conocidas como análisis de procedencia, que son empleadas tanto en la industria minera y petrolera como en la academia. Las pioneras fueron las empresas mineras, que se dieron cuenta de que para localizar un depósito mineral podían muestrear los sedimentos —minerales pesados en distintos puntos en un sistema de drenaje— e ir localizando la fuente aguas arriba (figura 2).
Hipotesis19.indd 4 28/01/16 15:58
Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 5
Figura 1. Diferentes tipos de minerales pesados. Fotografías tomadas con un microscopio de luz polarizada.Fuente: Nicolás Pérez Consuegra
En los estudios de procedencia, una de las técnicas más utilizadas es el análisis de minerales pesados, para la cual se requiere disgregar una roca sedimentaria —arenisca—, hasta obtener los granos separados o arena. Posteriormente, los minerales que tienen una densidad mayor que la del cuarzo y los feldespatos (en general se utiliza 2,9 gr/cm3 como umbral) se separan de la roca mediante técnicas que incluyen magnetismo, tamizado y líquidos densos, entre otros (figura 2). De esta manera se obtiene una muestra compuesta únicamente por minerales pesados y se puede proceder a su estudio.
Los minerales pesados se consideran accesorios, es decir, solo forman un pequeño porcentaje en volumen del total de una roca sedimentaria, a diferencia de minerales considerados livianos, como el cuarzo y los feldespatos, que tienden a representar porcentajes considerables. Los minerales pesados son muy diversos; en las rocas se pueden reconocer más de cincuenta, y muchos son interesantes desde el punto de vista económico, como, por ejemplo, el oro. Por otro lado, la paragénesis de muchos de estos minerales está restringida a ciertas condiciones de presión y temperatura; por tanto, identificarlos y determinar su historia y edad permite relacionar la unidad en la que se encontraron, con una roca fuente de las mismas características.
¿CÓMO SE ESTUDIAN LOS MINERALES PESADOS?
Existen diferentes técnicas, como la observación bajo el microscopio de luz polarizada —petrografía— y análisis químicos. La primera de estas técnicas nos permite reconocer los tipos de minerales que tenemos en una muestra (figura 1), debido a que tienen propiedades ópticas como color, ángulo de extinción, pleocroísmo y figura de interferencia, entre otras. Algunas de estas propiedades pueden ser comunes en varios mi-nerales, pero en la mayoría de los casos, alguna de ellas varía entre los mismos y posibilita diferenciarlos. Por otro lado, los análisis químicos nos permiten conocer detalles como la edad, composición química del mineral e historia de su formación.
¿PARA QUÉ NOS SIRVE TENER ESTA INFORMACIÓN?
Una vez determinadas las características de una muestra de minerales pesados, se buscan cuerpos de roca similares en una región media-namente cercana y se identifica como área fuente. Por ejemplo, si en la muestra se encuentran minerales asociados a rocas metamórficas, como estaurolita o silimanita, se puede inferir que el área fuente es una unidad metamórfica, y no un área con rocas volcánicas. En otro
Hipotesis19.indd 5 28/01/16 15:58
6 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 19, 2015
ejemplo, si al realizar análisis químicos en un zircón de una muestra se obtiene una edad de 50 millones de años, entonces la roca que dio origen a esos minerales debe tener la misma edad.
Uno de los conceptos fundamentales en geología es que las rocas se distribuyen en la superficie terrestre de manera finita. Así, un cuerpo de roca abarca un área que puede ser cartografiada o dibujada sobre un mapa. Por lo tanto, si observamos el mapa geológico de una región, por ejemplo, Colombia (figura 3), veremos que el territorio está compuesto por muchas unidades de roca, cada una restringida a un área específica. Estas unidades de roca han sido clasificadas de acuerdo a los procesos que las formaron: ígneos, metamórficos, volcánicos y sedimentarios. Ade-más, en muchos casos se conoce su composición mineral y su edad. De esta manera, los mapas geológicos son fundamentales para discriminar las posibles áreas fuente de una muestra de minerales pesados.
En los últimos años, aprovechado las excavaciones de ampliación del canal de Panamá, se han realizado numerosos estudios geológicos y paleontoló-gicos en ese país, liderados por el Smithsonian Tropical Research Institute en colaboración con otras instituciones, entre las que se encuentra la Uni-versidad de los Andes. En un estudio reciente, un grupo de investigadores liderados por el profesor Camilo Montes, del Departamento de Geocien-cias, estudiaron rocas en Panamá para entender cómo estaban distribui-das, cuál era su edad y en qué condiciones se formaron, con el fin de incrementar el conocimiento sobre la fecha del cierre del istmo de Panamá y el momento en el que se conectaron Norte y Suramérica [5] (figura 3).
Al estudiar en las rocas en Panamá un mineral pesado conocido como zir-cón, los investigadores pudieron determinar que algunas rocas de Panamá se habían formado en un periodo comprendido entre 59 y 42 millones de años antes del presente. Resulta interesante que no se hayan encontrado rocas de 42 a 43 millones de años en Colombia, lo que ha permitido utili-zar estas edades como una “huella digital” de Panamá. Esta característica posibilitó plantear la hipótesis de que una vez conectados los dos continen-tes, surgirían ríos entre Colombia y Panamá que transportarían sedimento (minerales y fragmentos de roca) de las montañas panameñas a algunas cuencas situadas en Colombia y traerían consigo esta “huella digital”.
Con posterioridad, los investigadores decidieron estudiar los zircones en las rocas sedimentarias de la zona noroccidental de Colombia. Esto les permitió poner a prueba la mencionada hipótesis mediante el análi-sis de procedencia. Efectivamente, se encontraron zircones con edades panameñas en rocas de Colombia. Debido a que la edad de las rocas en las que se encontraron estos zircones es de diez a doce millones de años, la conexión entre ambos terrenos se estableció en este intervalo de tiempo, lo cual contrasta con las hipótesis anteriores, que proponían que el cierre ocurrió hace tres o cuatro millones de años [6, 7].
Estudios como este demuestran que a partir del análisis de minerales pesados es posible proponer hipótesis paleogeográficas que expliquen la distribución de continentes y la geomorfología dentro de los mismos a lo largo del tiempo. Estos estudios tienen implicaciones en el en-tendimiento del levantamiento de montañas, la formación de cuencas sedimentarias y de sistemas fluviales en el pasado. •
Figura 2. a) Fotografías de algunos procesos de separación de minerales pesados; b) Ejemplo de muestreo de minerales pesados en un drenaje con el fin de encontrar un depósito mineral.Fuente: Nicolás Pérez Consuegra
Hipotesis19.indd 6 28/01/16 15:58
Figura 3. a) Mapa geológico de Colombia. Fuente: Servicio Geológico Colombiano; b) Figura modificada de Montes et al., 2015, que muestra la configuración paleogeográfica de SA y NA hace 10 millones de años y la conexión comprobada gracias a los zircones detríticos.
REFERENCIAS
[1] Nyberg B, Howell JA. Is the present the key to the past? A glo-
bal characterization of modern sedimentary basins. Geology
2015; 43(7): 643-646.
[2] Weissmann GS, Hartleyb AJ, Scuderia LA, Nicholsc GJ, Owenb
A, Wrighta S. et al. Fluvial geomorphic elements in modern
sedimentary basins and their potential preservation in the rock
record: A review. Geomorphology 2015; 250: 187-219.
[3] Garzanti E. From static to dynamic provenance analysis: sedi-
mentary petrology upgraded. Sedimentary Geology 2015; in
press.
[4] Mange MA, Maurer HF. Heavy minerals in colour. Chapman &
Hall London: Springer; 1992.
[5] Montes C, Cardona A, Jaramillo C, Pardo A, Silva JC, Valen-
cia V et al. Middle Miocene closure of the Central American
seaway. Science 2015; 348(6231): 226-229.
[6] Coates AG, Collins LS, Aubry MP, Berggren WA. The geology of
the Darién, Panama, and the late Miocene-Pliocene collision of
the Panama arc with Northwestern South America. The Geo-
logical Society of America Bulletin 2004; 116(11-12): 1327-
1344.
[7] Duque-Caro H. Neogene stratigraphy, paleoceanography and
paleobiogeography in northwest South America and the evolution
of the Panama Seaway. Palaeogeography, Palaeoclimatology,
Palaeoecology 1990; 77(3-3): 203-234.
Hipotesis19.indd 7 28/01/16 15:58