SEDIMENTITAS FERRUGINOSAS

Dr. Luis A. SpallettiCátedra de Sedimentología, Facultad de Ciencias Naturales y Museo,

Universidad Nacional de La Plata. 2006.

Son los depósitos sedimentarios que poseen más de 15% de Fe (o sea más de 21,4% de Fe2O3 o 19,3% de FeO). Estos contenidos son muy superiores a los normales para las rocas sedimentarias más comunes (pelitas, areniscas o carbonatos).

En las sedimentitas ferruginosas el hierro puede encontrarse en estado bivalente (ferroso) o trivalente (férrico). La precipitación de los minerales de hierro está entonces controlada por el quimismo de las aguas en los ambientes sedimentarios y en el campo diagenético.

Los depósitos pueden formarse en ambientes continentales, mixtos y marinos. No obstante, la mayor parte de las sedimentitas ferruginosas de importancia se han acumulado en ambiente marino.

Las formaciones ferríferas pueden aparecer en el registro precámbrico y fanerozoico. No obstante, la interpretación sobre el origen de estas rocas es bastante problemático porque se carece de buenos ejemplos actuales que sirvan de modelo o comparación.

PRINCIPALES MINERALES DE HIERRO EN LAS ROCAS SEDIMENTARIAS

ÓXIDOSHematita α-Fe2O3

Magnetita Fe3O4

Goethita α-FeO.OHLimonita FeO.OH.nH2O

CARBONATOSiderita FeCO3

SILICATOSBerthierina (Fe4

2+Al2)(Si2Al2)O10(OH)8

Chamosita (Fe52+Al)(Si3Al)O10(OH)8

Greenalita Fe62+Si4O10(OH)8

Glauconita KMg(FeAl)(SiO3)6.3H2OSULFUROS

Pirita FeS2

Marcasita FeS2

Melnikovita FeS2 amorfo

FUENTES DE PROVISIÓN DE HIERRO

El hierro es aportado a los ambientes sedimentarios por procesos de meteorización y por actividad volcánica, esta última relacionada con volcanismo lávico, piroclástico y con emanaciones termales.

Los procesos de meteorización son de gran importancia como proveedores de hierro a los ambientes marinos. El hierro puede ser liberado de rocas máficas y de minerales ferromagnésicos bajo condiciones de clima húmedo y tropical, en especial desde áreas de muy bajo relieve. Se producen así aguas cargadas en hierro y suelos lateríticos.

Los productos de meteorización (hidróxidos férricos) son insolubles por lo que su transporte se efectúa como suspensiones coloidales que se estabilizan en presencia de materia orgánica. Su acumulación en ambiente marino puede hacerse por floculación de estos coloides.

FUENTES DE PROVISIÓN DE HIERRO

Los componentes ferruginosos pueden también ser transportados por argilominerales, como parte de sus estructuras o como pátinas de óxidos sobre sus partículas. También pueden viajar como componentes adsorbidos en materia orgánica. Una vez depositadas, tanto las arcillas como la materia orgánica pueden liberar el hierro bajo condiciones de Eh y pH adecuadas. A partir de aguas porales, el hierro reprecipitacomo minerales ferruginosos.

La concentración de los compuestos de hierro en ambiente marino está favorecida por eventos de condensación y/o transgresivos, con escaso aporte de materiales silicoclásticos y carbonáticos.

Los altos contenidos de hierro en los sedimentos del Arqueano y del Proterozoico temprano no se pueden explicar simplemente por procesos de meteorización y excesiva actividad volcánica, por lo que se vinculan con la existencia de una atmósfera con pobre oxigenación y alto contenido de CO2 (que proveía mucha mayor eficiencia en la lixiviación y transporte de Fe2+ en solución).

NATURALEZA DE LAS AGUAS Y FORMACIÓN DE COMPUESTOS DE HIERRO

La estabilidad del hierro ferroso y férrico en el agua depende del Eh, del pH, de la actividad del anhídrido carbónico y de la actividad de los sulfuros.

El hierro férrico es más estable en condiciones oxidantes y más alcalinas, mientras que el ferroso lo es en condiciones reductoras y más ácidas.

El Eh de aguas naturales está relacionado con la presencia de materia orgánica. Como producto de su descomposición por bacterias se produce consumo de oxígeno y se crean condiciones reductoras (anóxicas).

Los ambientes anóxicos pueden ser sulfurosos o no sulfurosos (presencia o ausencia se sulfuros , respectivamente). Estos últimos pueden subdividirse en post-óxicos (con discreto tenor de materia orgánica que no alcanza para producir reducción de sulfatos) y metánicos (con abundante materia orgánica y en los que las bacterias reducen todo el oxígeno, los nitratos e incluso los sulfatos, y cuya descomposición lleva a la formación de gas metano).

NATURALEZA DE LAS AGUAS Y FORMACIÓN DE COMPUESTOS DE HIERRO

Ambientes óxicos: hematita, goethita, carencia de materia orgánica.Ambientes anóxicos (comunes en diagénesis temprana, suelen desarrollarse unos cmpor debajo de la interfase agua/sedimento):

Sulfurosos: pirita, marcasita, materia orgánica.No sulfurosos:

Post-óxicos: glauconita, berthierina, siderita, escasa materia orgánica.

Metánicos: siderita, preservación de componentes sulfurosos formados previamente, abundante materia orgánica.

DIAGRAMAS DE ESTABILIDAD DE LOS COMPUESTOS DE HIERRO

Nótense las variaciones en los tipos de aguas, la influencia del Eh y pH en la formación de minerales de hierro (diagrama central) y la de las presiones de sulfuros y de anhídrido carbónico en la precipitación de sulfuros, carbonatos y óxidos de hierro.

HEMATITA- GOETHITA

La hematita está presente en una amplia variedad de sedimentitas ferruginosas.Mineral opaco, criptocristalino, de color rojo.Aparece como capas delgadas o láminas. Es común que alterne con capas de

ftanita (jaspilita).Las principales morfologías de los granos son como agregados terrosos,

oolitas y peloides, también como impregnaciones sobre restos fósiles.Puede ser un mineral primario (precipitado a partir de óxidos férricos

hidratados y amorfos) y también lo hace como producto de reemplazo sinsedimentarioa partir de berthierina.

La goethita no se identifica en rocas precámbricas y es más común en sucesiones mesozoicas.

Es amarillenta – castaña e isótropa. Se suele formar como producto de alteración de otros minerales. Aparece

como típicos ooides en los que alternan bandas de goethita con berthierina, por lo que se supone que deriva de la oxidación de berthierina (común en ambientes marinos).

En algunos casos es sinsedimentaria. Por ejemplo, pisolitas de goethita se originan en suelos de regiones tropicales.

OTROS ÓXIDOS - HIDRÓXIDOS

La limonita es un óxido hidratado constituido por goethita, argilominerales y agua adsorbida. Tiene color amarillo a castaño y es amorfa. Se la considera el producto de la descomposición subaérea de otros minerales con hierro.

La magnetita es un óxido que abunda en las sucesiones precámbricas en las que se interestratifica con ftanita. Es más escasa en las unidades fanerozoicas. A diferencia de la hematita posee un color gris acerado, es opaca y obviamente magnética. Generalmente aparece como individuos cristalinos. Es común como producto de reemplazo sobre ooides.

SIDERITA

Se encuentra tanto en sedimentitas ferruginosas precámbricas como fanerozoicas.

Su presencia es común en rocas pelíticas organógenas de ambientes lacustres y transicionales (marismas, pantanos deltaicos). También aparece como producto de iluviación edáfica. Puede ser un precipitado mesogenético (cemento).

Se reconocen tres variedades texturales de siderita:Cristales gruesos tipo spar (comunes como cemento de otras sedimentitas).Cristales finos, de tipo micrítico, que pueden formar capas continuas que

interestratifican con ftanita, o pueden constituir nódulos. Muchas sedimentitasferruginosas precámbricas poseen siderita con este tipo textural.

Cristales fibrosos, esferulíticos, generados por procesos edáficos.

SULFUROS DE HIERRO

Entre los sulfuros de hierro la variedad más común es la pirita, pero es poco frecuente como componente esencial de las sedimentitas ferruginosas.

Es un mineral opaco de tonalidad amarillenta a la luz reflejada que puede aparecer como pequeños cristales diseminados o como cristales más desarrollados de forma cúbica. Son comunes las microconcreciones de pirita que se conocen con el nombre de framboides. Este sulfuro también puede producir reemplazos totales o parciales sobre restos esqueletales.

La pirita se forma a partir de un predecesor amorfo (la melnikovita) en sedimentos organógenos de ambientes deficientes en osígeno. Precipita en los fondos marinos anóxicos (como ocurre actualmente en el Mar Negro), pero también se concentra en ambientes estuáricos y en planicies mareales.

SILICATOS DE HIERRO (SILICATOS VERDES SEDIMENTARIOS)

La berthierina posee estructura 1:1 con espaciado de 7 A. Es un mineral que sevincula esencialmente con fenómenos de diagénesis temprana. A más de 100º C y profundidades superiores a 3 km es inestable y pasa a chamosita.

La chamosita es una clorita trioctaédrica 2:1 con espaciado de 14 A.

Mientras las berthierina es más común en depósitos mesozoicos, la chamositapredomina en los de edad paleozoica. Ambos suelen aparecer como ooides blandos (con común deformación por aplastamiento) y son sinsedimentarios, ya que hay ooidesque obran de núcleo de crecimiento de otros ooides.

La berthierina precipita a partir de un gel complejo (hidróxidos férricos y de aluminio junto a sílice) o bien de goethita, que se concentran en condiciones de Eh positivo. Al inicio del soterramiento y en el pasaje a condiciones de Eh negativo se produce la transformación a berthierina (ambiente no sulfuroso y post-óxico). Por lo tanto, los ooides de berthierina son parasingénicos (intrasedimentarios).

SILICATOS DE HIERRO (SILICATOS VERDES SEDIMENTARIOS)

La greenalita suele aparecer interestratificada con ftanita en sucesiones del Precámbrico. Aparece como pellets redondeados y masivos. Es isótropa y se vincula estrechamente con la clorita. Se considera tanto un precipitado singénico primario en ambiente marino (gel de silicato de hierro) como producto de transformación de berthierina.

La glauconita es un argilomineral que varía desde formas desordenadas (interestratificado illita-esmectita) a ordenadas (de tipo illita, espaciado de 10 A), las últimas como producto de reprecipitación de las primeras. Aparece como pellets verdosos pálidos y microcristalinos. Es el constituyente típico de las “arenas verdes” que se forman en ambiente marino de plataforma entre unos pocos metros de profundidad a centenares de metros. La concentración de glauconita está vinculada con muy bajo ritmo de acumulación sedimentaria y condiciones transgresivas. Puede derivar de la transformación de argilominerales como por crecimientos autígenos sobre huecos o poros en granos esqueléticos o pellets. En los depósitos glauconíticos hay preservación parcial de materia orgánica, por lo que se la considera de un ambiente localmente subóxico (posiblemente no sulfuroso y post-óxico).

ARENISCAS VERDES, GLAUCONÍTICASEJEMPLO DE LA FORMACIÓN SPRINGHILL. JURÁSICO-CRETÁCICO, CUENCA AUSTRAL

SEDIMENTITAS FERRUGINOSAS

Se subdividen clásicamente en formaciones ferríferas precámbricas y ferrilitas fanerozoicas.

Las formaciones ferríferas precámbricas aparecen en los escudos de todos los continentes y son conocidas como Formaciones Ferríferas Bandeadas (BandedIron Formations = BIFs), en las que los minerales con hierro se interestratifican con capas de ftanita.

Entre ellas se reconocen los siguientes grupos: Algona, Superior (yRapitan).

FORMACIONES FERRÍFERAS PRECÁMBRICASAlgona (típicas del Arqueano): son cuerpos lenticulares, delgados y en fajas

angostas compuestos por sulfuros lutíticos, ftanita negra y lutitas bituminosas que se relacionan con grauvacas y con rocas volcánicas submarinas (Grenstone Belts).

Superior (del Proterozoico tremprano a medio): pueden estar constituidas por variados tipos de componentes ferruginosos (óxidos, carbonatos, silicatos y sulfuros). Son cuerpos de gran extensión regional depositados en ambientes someros de plataformas amplias y estables, posiblemente vinculados con corrientes de surgencia. Estas sedimentitas pueden asociarse con carbonatos, rocas terrígenas, evaporitas sulfáticas e incluso lavas básicas. La concentración de compuestos de hierro en las plataformas marinas del Precámbrico pudo estar favorecida por dos importantes factores: 1) falta de organismos secretores de sílice, con lo cual hubo exceso de estos componentes en las aguas marinas, y 2) frecuentes condiciones anaeróbicas en los fondos marinos someros, ya que el tenor de óxígeno en esos tiempos era muchomás bajo (1/10) que en el Fanerozoico.

La tercera variedad (Rapitan) muestra el dominio de los óxidos de hierro, con característica alternancia de hematita y ftanita. Se interpreta como un depósito de plataforma poco profunda. Se reconocen asociaciones con rocas sedimentarias terrígenas, incluso glacimarinas, y volcanitas básicas en menor proporción.

FERRILITAS FANEROZOICAS (IRONSTONES)

Son sedimentitas constituidas por hematita-chamosita (Paleozoico) y goethita-berthierina (Mesozoico), a veces con la participación de siderita y menos frecuentemente magnetita y pirita.

Las ferrilitas suelen tener texturas similares a las de las rocas carbonáticas. Predominan las oolitas, pero se encuentran también pellets, intraclastos, fangos y productos de cementación. Por estos caracteres, algunos autores opinan que muchos compuestos ferruginosos son producto de reemplazo temprano de depósitos carbonáticos.

Son depósitos de cuencas de escasas dimensiones (no más de 150 km de extensión) y los espesores de las unidades ferríferas varían desde cuerpos de menos de 1 m a unas pocas decenas de metros. Se interestratifican con sedimentitas carbonáticas, arenitas cuarzosas y pelitas típicas de ambientes de plataforma marina. Estos depósitos tienen evidencias de acumulación en condiciones someras, como por ejemplo estratificación entrecruzada, ondulítica y diversos tipos de trazas fósiles. Se atribuyen a un ambiente marino de nearshore hasta litoral de regiones climáticas cálidas y húmedas, áreas continentales peneplanizadas y condiciones de nivel del mar alto o en ascenso (condensación o bajo ritmo de acumulación sedimentaria).

IMÁGENES DE BIFs

JaspilitasAfloramiento de BIF jaspilítico

BIF de silicatos ycarbonatos de hierro

Lentes de jaspe y silicatosde hierro granulares

EJEMPLO DE LA FORMACIÓN LIPEÓN. SILÚRICO. NOROESTE ARGENTINO

La Formación Lipeón fue estudiada en detalle por Boso (1994) en su tesis doctoral.Constituye un ciclo transgresivo-regresivo de edad silúrica hasta devónica muy temprana.Es portadora de importantes yacimientos ferríferos ubicados en el sur de la provincia de Jujuy.

EJEMPLO DE LA FORMACIÓN LIPEÓN. SILÚRICO. NOROESTE ARGENTINO

En la Formación Lipeón se reconocen las siguientes facies sedimentarias:Conglomerados: depósitos basales que representan rellenos de canales y

reflejan el retrabajamiento de la infrastante Formación Zapla.Areniscas finas micáceas, gris verdosas, con estructuras ondulíticas y trazas

de icnofacies de Zoophycos. Son depósitos traccionales de plataforma interna a media acumulados por encima del nivel de base de olas.

Areniscas finas y limoarcilitas amarillentas con icnofacies de Zoophycosy Chondrites, abundantes restos de graptolitos, trilobites, braquiópodos, bivalvos y nautiloideos.

Heterolíticas: presencia de cuerpos areno-pelíticos con estructuras lentiforme y y ondulosa, de ambiente de transición entre plataforma media y distal.

Pelitas: con concreciones elipsoidales, masivas, físiles y en partes con estructuras mixtas. En su mayor parte depósitos de decantación en plataforma externa.

Facies ferrífera

FACIES FERRÍFERA DE LA FORMACIÓN LIPEÓNLa facies ferrífera o roca ferrífera se compone de sedimentitas con más de 15 % de hierro. Esta sedimentita puede tener más de un mineral de hierro así como otros componentes no ferríferos, con variaciones texturales y de proporciones porcentuales.

Una o más facies ferríferas pueden conformar a los estratos ferríferos, y a su vez una asociación de estratos ferríferos constituyen un manto ferrífero.

En la Formación Lipeón se definen tres mantos ferríferos, en la base, en la parte media y en el tope de la unidad.

Las facies ferríferas están constituidas por componentes extracuencales e intracuencales. Los principales componentes extracuencales son cuarzo, micas (escasos feldespatos).Entre los intracuencales se reconocen: ooides de chamosita, ooides de hematita, peloides de hematita, intraclastos de chamosita, arcilla chamosítica (común como matriz), cemento de hematita, de siderita y de cuarzo microcristalino, nódulos y capas de siderita, bioclastos fosfáticos con reemplazo parcial de sílice.

MODELO PARA LA ACUMULACIÓN DE ROCAS FERRÍFERAS EN LA FORMACIÓN LIPEÓN

Boso (1994)

MODELO PARA LA ACUMULACIÓN DE ROCAS FERRÍFERAS EN LA FORMACIÓN LIPEÓN

Boso (1994)

MICROFOTOGRAFÍAS DE ROCAS FERRÍFERAS. FORMACIÓN LIPEÓN

Boso (1994)