Las antiguas zonas de subducción contribuyeron a la formación de focos de riqueza mineral

Un estudio dirigido por geocientíficos de la Universidad de Sídney ha revelado por qué algunos antiguos bordes continentales se convirtieron en lugares fértiles para importantes depósitos minerales, mientras que otros con una geología aparentemente similar no lo hicieron.

La investigación, publicada en Nature Communications, proporciona un nuevo marco para comprender la distribución de los depósitos de cobre, zinc y plomo alojados en sedimentos, que son fuentes importantes de metales utilizados en infraestructuras, fabricación y tecnologías de energía limpia.

Dirigido por el primer autor y estudiante de doctorado Hojat Shirmard y el profesor Dietmar Müller de la Facultad de Geociencias, el estudio desarrolló un modelo dinámico de la Tierra que se remonta a 1.800 millones de años para identificar cómo se formaron los yacimientos minerales en lugares específicos y no en otras áreas similares.

Reconstrucción de 1.800 millones de años de movimiento de placas.

Los científicos saben desde hace tiempo que muchos de estos depósitos minerales se encuentran en los bordes de los antiguos núcleos estables de los continentes, conocidos como cratones. El nuevo estudio va más allá, al mostrar qué partes de esos bordes tienen más probabilidades de contener dichos depósitos, al vincular la formación de minerales con el movimiento a largo plazo de las placas tectónicas y la lenta circulación del manto terrestre, la capa de roca caliente de casi 3000 kilómetros de espesor que se encuentra bajo la corteza terrestre.

Esta distancia coincide con las zonas donde los flujos profundos de la Tierra pueden concentrar la tensión y el debilitamiento en la litosfera continental (la corteza y el manto superior), lo que ayuda a crear las condiciones necesarias para la mineralización.

“Muchos de estos depósitos se formaron lejos de los límites de las placas tectónicas, pero nuestros resultados muestran que aún estaban vinculados a la subducción”, dijo Hojat Shirmard, estudiante de doctorado y autor principal del grupo EarthByte en la Facultad de Geociencias de la Universidad de Sídney.

“El flujo profundo del manto puede transmitir tensiones a miles de kilómetros dentro de un continente, lo que contribuye a debilitar los bordes de los cratones y a crear las condiciones necesarias para la mineralización.”

La mineralización se produce cuando el magma y otros fluidos calientes atraviesan la corteza terrestre, lo que provoca que los minerales sólidos formen menas en fallas, fisuras u otros espacios debido a los cambios dinámicos de temperatura, presión o composición química. Estas menas son muy codiciadas en la exploración minera.

El coautor, el profesor Dietmar Müller, del grupo EarthByte de la Universidad de Sídney, afirmó que el estudio proporciona una nueva forma de comprender los sistemas minerales a través del tiempo geológico.

“Nuestro trabajo demuestra que los depósitos minerales no solo están controlados por la geología local”, afirmó el profesor Müller. “También forman parte de un sistema tectónico mucho más amplio que vincula la subducción, el flujo del manto, la deformación continental y la evolución a largo plazo de los recursos de la Tierra”.

“Este es precisamente el tipo de descubrimiento que hace posible la infraestructura nacional de investigación”, dijo el profesor Müller.

“Las herramientas desarrolladas por EarthBytes Group y sus socios permiten a los investigadores reconstruir la evolución de la Tierra a lo largo del tiempo geológico y convertir ese conocimiento en información práctica para el sector minero australiano.”

“Este es precisamente el tipo de descubrimiento que la infraestructura nacional de investigación hace posible.”

¿Por qué algunos bordes continentales se vuelven ricos en minerales?

Los cratones son los núcleos antiguos y estables de los continentes. Sus márgenes son zonas de debilidad de larga duración, a menudo marcadas por fallas y fisuras, que pueden actuar como vías para los fluidos mineralizantes.

Durante décadas, los depósitos minerales asociados a sedimentos se han explicado principalmente en términos de procesos locales de la cuenca: fuentes de metales, fluidos circulantes y trampas químicas. Sin embargo, estas explicaciones no dan cuenta de por qué algunos márgenes de cratones se volvieron excepcionalmente ricos en minerales, mientras que otros con entornos geológicos similares permanecieron relativamente estériles.

El nuevo estudio demuestra que la respuesta podría encontrarse en las profundidades del interior de la Tierra.

Utilizando un modelo global de movimiento de placas tectónicas que abarca los últimos 1.800 millones de años, los investigadores reconstruyeron la evolución de las posiciones de los bordes de los cratones, los depósitos minerales y las zonas de subducción a lo largo del tiempo. Combinaron esta información con técnicas de imagen conocidas como tomografía sísmica, junto con modelos geodinámicos y una base de datos global de más de 2.000 depósitos minerales.

El análisis reveló que los depósitos minerales se agrupan mucho más cerca de las antiguas zonas de subducción que en ubicaciones aleatorias a lo largo de los bordes de los cratones. La distancia media de los depósitos a una fosa oceánica fue de aproximadamente 1200 kilómetros, y más del 90 % del contenido total de metales analizado se encuentra a menos de 2200 kilómetros de antiguas zonas de subducción.

Un motor de las profundidades de la Tierra para sistemas minerales
Los modelos numéricos ayudaron a explicar por qué esta distancia es importante. Las simulaciones mostraron que la subducción puede generar corrientes de convección profundas en el manto inferior, conocidas como amplias celdas de retorno del manto, que se extienden miles de kilómetros desde la fosa.

Estos flujos pueden concentrar la tensión y la deformación cerca de los bordes de los cratones, debilitando la litosfera, reactivando estructuras antiguas y promoviendo la formación de rifts y la permeabilidad. A lo largo del tiempo geológico, estos procesos pueden preparar la corteza y el manto para la formación de importantes depósitos de cobre, plomo y zinc alojados en sedimentos.

Los modelos revelaron que la tensión era mayor cuando los bordes del cratón se encontraban a unos 1300 kilómetros de una fosa de subducción, lo que coincide estrechamente con la distancia media de unos 1200 kilómetros observada para los depósitos minerales.

El estudio empleó flujos de trabajo de reconstrucción de placas tectónicas basados en GPlates , pyGPlates y GPlately para reconstruir los límites de los cratones, los depósitos minerales y las zonas de subducción a lo largo del tiempo geológico. El desarrollo de GPlates y pyGPlates cuenta con el apoyo del programa AuScope National Collaborative Research Infrastructure System.

Fuente: Universidad de Sídney