Sistemas Hidrotermales

A finales de la década de los sesen- tas y principio de los setentas surge la idea de un programa de investiga- ción de carácter interdisciplinario so- bre los manantiales termales de Mé- xico, cuando el primero de los autores de este artículo desarrollaba una se- rie de investigaciones acerca de los yacimientos minerales del centro y sur de México. En esa época se inicia- ban los estudios formales de la Co- misión Federal de Electricidad en el Eje Volcánico Transmexicano para la exploración de yacimientos geotér-

micos con miras a la generación de electricidad. En ellos se establecía una estrecha relación entre la altera- ción y mineralización de la roca y las zonas de hidrotermalismo activo.

No obstante que los manantiales submarinos se descubrieron en 1977 en la dorsal de las Galápagos, el hi- drotermalismo cobra auge cuando aparece en el número de noviembre de 1979 de la revista National Geogra- phic la descripción y las fotografías de la primera solfatara submarina de alta temperatura, con enormes gusa-

nos en forma de tubo y almejas, loca- lizada en la dorsal Rivera a 2 500 me- tros de profundidad frente a la costa de Nayarit. Por su latitud, esta fuma- rola localizada con el submarino Al- vin fue denominada “21°N”; su color era negro debido al alto contenido en sulfuros de hierro. A tal hallazgo se- guiría el de las ventilas de la cuenca de Guaymas en 1982, hecho por el mismo submarino a 2 000 metros de profundidad, así como el de una serie de ventilas distribuidas a todo lo lar- go del sistema global de dorsales. A

raíz de tales descubrimientos la im- portancia del hidrotermalismo ha ido en aumento, como lo manifiesta la creación de proyectos internaciona- les de índole interdisciplinaria —en- tre ellos el llamado InterRidge, creado en 1992 con sede en Tokio, con un ex- tenso plan de actividades para el pe- riodo 2004-2013, y el de la Carnegie Institution of Washington, enfocado tanto a sistemas terrestres como ex- traterrestres.

A nivel mundial, la investigación científica básica sobre los sistemas

hidrotermales se desarrolla en las si- guientes líneas: 1) génesis de yaci- mientos minerales en sistemas hidro- termales continentales, tanto fósiles como activos; 2) nuevas técnicas y métodos para la obtención de energía en rocas secas sobrecalentadas me- diante inyección de agua y la racio- nalización del uso de esos sistemas; 3) exploración de manantiales hidro- termales en dorsales y corteza oceá- nica; 4) origen de la biósfera; 5) infor- mación biogeológica contenida en los depósitos hidrotermales; 6) su viabi-

lidad como ambientes potenciales de síntesis prebióticas; y 7) homologa- ción de la evolución biológica en otros cuerpos de nuestro sistema solar.

Hidrotermalismo y mineralización

Se conoce como hidrotermalismo al conjunto de efectos producidos por el agua a una temperatura mayor que la ambiental. A los lugares donde brota este agua se les conoce como manan- tiales termales. Entre los fenómenos naturales más espectaculares están

los manantiales calientes con tempe- raturas muy cercanas a la del punto de ebullición del agua. Sin embargo, un géiser es todavía más espectacular y consiste en una fuente emergente dotada de un sistema especial de ca- lentamiento y desfogue que da lugar a una columna de agua y vapor que es expulsada con gran fuerza y frecuen- temente alcanza entre 30 y 60 metros de altura. Antes y después de que el chorro cese sobreviene un estruen- doso ruido provocado por la expul- sión rápida y violenta de una colum- na de vapor, seguida por un periodo de calma al terminar la erupción. Es- te comportamiento confiere a la acti- vidad del géiser un carácter intermi- tente y sincrónico.

Cuando un manantial tiene un gasto constante, no intermitente, de una mezcla de agua, vapor y gases, se le da el nombre de fumarola; cuando esta última precipita una cantidad abundante de azufre en la periferia y tiene un alto contenido de ácido sul- fhídrico se le da el nombre de solfata- ra; y se llama sofión (del italiano sof- fione, aplicado originalmente al agua con un alto contenido de ácido bórico)

cuando en la fumarola predomina el vapor. A pesar de contar con numero- sas zonas geotérmicas y manantiales emergentes (ver recuadro “Sistemas hidrotermales en México”), México sólo posee un géiser, localizado en San Juan Cosalá, Jalisco, pegado a la margen occidental del lago de Cha- pala. Aunque en la ciudad de Puebla se halla el vestigio de un posible géi- ser fósil.

El agua de un manantial termal puede ser meteórica, o sea provenien- te de la superficie del terreno (lluvia, ríos, lagos o del subsuelo) o magmá- tica, que se libera junto con otros flui- dos y volátiles de un magma ascen- dente por disminución de presión y temperatura. Al agua magmática tam- bién se le llama agua juvenil. Los sis- temas hidrotermales se generan, en la gran mayoría de los casos, por fuen- tes magmáticas de calor. La variación en la temperatura y la densidad de los fluidos conducen a una circulación convectiva dentro de la corteza, la cual produce una transferencia de calor y minerales a gran escala. El hidroter- malismo se desarrolla en cualquier lugar de la corteza terrestre donde el

agua coexiste con una fuente de calor. Los sistemas hidrotermales constitu- yen vestigios importantes en la evolu- ción y diferenciación temprana de la corteza terrestre al enlazar los proce- sos de la litósfera con los ciclos hidro- lógico y atmosférico. Los precipitados químicos de sus aguas consisten en conjuntos mineralógicos simples don- de predominan el sílice, los carbona- tos, los sulfuros metálicos, los óxidos y las arcillas. La mineralogía depende de la composición de la roca encajo- nante, la temperatura, la concentra- ción de iones hidrógeno (pH) y el potencial de óxido reducción (eH) de los fluidos hidrotermales. A través del tiempo geológico, el desprendimien- to de volátiles de los sistemas hidro- termales ha contribuido significativa- mente a la formación de los océanos y de la atmósfera.

Cuando el magma inicia su cami- no ascendente desde el manto supe- rior y alcanza la corteza oceánica o la continental —ya sea en dorsales oceánicas, puntos calientes, sitios ubicados encima de sistemas de sub- ducción o fracturas corticales—, dis- minuye la presión y el calor, y ocurre el llamado proceso de diferenciación magmática, que consiste en la crista- lización de minerales en una serie progresiva conforme disminuye la temperatura. Así se forman diversos tipos de roca a partir del magma pa- rental, separándose finalmente en la parte superior de las cámaras magmá- ticas las fracciones más ligeras, más alcalinas y más acuosas. Estas aguas magmáticas transportan, aunque en cantidades reducidas, los elementos de mayor movilidad, comunes en to- dos los magmas: cobre, plomo, zinc, plata, oro, litio, berilio, boro, rubidio, cesio, sodio, potasio y calcio. La capa- cidad de transporte de metales se in-

crementa debido a la presencia de cloruro y sulfuro de hidrógeno, que forman compuestos complejos con los metales.

Es común que en las descripcio- nes de los depósitos minerales se ha- ga referencia también a los minerales de alteración que los acompañan, y probablemente muy pocos geólogos podrán negar que tales zonas de alte- ración son guías muy útiles para la exploración de minerales. La altera- ción, aun la restringida a zonas de fracturas, puede ser el indicio de una intensa mineralización a una profun- didad mayor.

Teorías de mineralización hidrotermal

Aunque los manantiales termales mi- neralizados deben haber sido notados desde los albores de la humanidad, no fue sino hasta mediados del siglo XVI, con la publicación de varias obras en- tre las que destaca De re metallica, cuando el minero alemán Georgius Agrícola planteó con una extraordi- naria percepción cuatro postulados fundamentales que siguen teniendo vigencia en la actualidad: 1) que las vetas de minerales son fisuras de ori- gen posterior al de las rocas encajo- nantes; 2) que las soluciones son de agua de origen meteórico; 3) que la fuente de los metales son las rocas por las que circulan las soluciones; y 4) que el agua al descender se calien- ta y disuelve los metales de las rocas por las que circula, para luego redepo- sitarlos al ascender.

Después vendría la famosa contro- versia entre James Hutton, quien sos- tenía la hipótesis del “plutonismo”, la cual consideraba que todas las rocas y los minerales son producto de los magmas del interior de la Tierra, y Abraham Gottlob Werner, quien pro-

pugnaba la hipótesis del “neptunis- mo”, la cual postulaba que todas las rocas, incluyendo las ígneas y aque- llas que resultan de depósitos minera- les, se acumularon como sedimentos clásticos o por precipitación química en un océano primigenio.

En 1847 inicia la época moderna con Élie de Beaumont, quien expresó que muchos de los depósitos mine- rales fueron formados por soluciones hidrotermales derivadas de fuentes

ígneas (volcánicas e intrusivas). Cua- renta años más tarde, Daubreé estuvo de acuerdo en que al menos algunos yacimientos minerales fueron forma- dos por aguas termales, pero que és- tos tenían un origen superficial, de aguas meteóricas. La mineralización en el fondo del mar por manantiales termales fue postulada desde hace ca- si un siglo para explicar los depósitos de hierro bandeado, que constituyen alrededor de 90% de las reservas mundiales, y de manganeso estratificado. Esa hipótesis se hizo extensiva a los depósitos de sulfuros masivos, y fue comprobada al descubrirse que en el mar Rojo se están depositando sedi- mentos metalíferos precipitados a partir de fluidos de alta salinidad.

Respecto

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