Depósitos del Océano Profundo

En el fondo de los océanos profundos hay un gran número de los llamados nódulos de manganeso. La existencia de estos nódulos de forma de patata, que también contie­nen cobalto, cobre, hierro, níquel y otros me­tales, se conoce desde hace un siglo. En algunas zonas del Pacífico, los nódulos están concentrados en más de 54 kg/m2, y tam­bién existen en los océanos Atlántico e Indico. No se conoce el origen de los nódulos. Los científicos creen que se deben de haber for­mado por algún proceso biológico que está haciendo aumentar su número. El mangane­so, importante en la fabricación de acero, está desigualmente repartido en tierra.

Durante mucho tiempo se ha discutido de qué modo se pueden explotar los ricos depósitos de nódulos de manganeso existentes en las grandes profundidades oceánicas. El diagrama representa uno de los métodos propuestos. Dicho método se basa en el principio de aspirar al vacio: el aparato aspira los nódulos y los bombea hasta la superficie; y, al llegar a ella, se transfieren a un barco de carga. El aparato se acciona mediante una serie de hélices que se hallan situadas entre la superficie y el fondo. Otros aparatos propuestos incluyen plataformas autopro­pulsadas, con sistemas de elevación por aire, y un rastreador de fondo conectado a un buque de superficie por brazos articulados. Estos sistemas pueden incorporar circuitos cerrados de televisión para localizar nódulos. Otros aparatos suben cargados con material.

Recursos en la Plataforma Continental

Aparte de los recursos del agua, la explota­ción de los fondos oceánicos ya está propor­cionando importantes cantidades de muchos minerales. La mayoría de éstos se obtienen en zonas costeras o en aguas poco profundas de las plataformas continentales.

Arena, grava y caliza, usadas en la cons­trucción, se obtienen de playas y otras zonas costeras. Algunos depósitos de playa contie­nen metales en cantidades adecuadas para su extracción: las arenas negras de la costa atlántica estadounidense contienen ilmenita y rutilo, menas de las que se obtiene el titanio, y monacita, un mineral raro en la Tierra; y la arena negra de la costa oeste de Nueva Ze­landa es rica en hierro. Pero la sobreexplotación de algunos depósitos puede dar lugar a una erosión costera seria.

También es ya importante la extracción de materiales del fondo del mar en zonas poco profundas. Alrededor de Japón se extraen arenas subacuáticas ricas en hierro, y frente a la costa sudoeste de África se explotan desde 1962 gravas que contienen diamantes.

Otros minerales se extraen de rocas del substrato marino. Los prospectores usan métodos similares a los usados en tierra, con la ayuda de técnicas tales como la fotografía submarina. Actualmente se extraen minerales hasta de una profundidad de 180 m. Por ejemplo, un 20% del carbón de Japón proce­de de minas submarinas. Cuando localizan una veta de carbón, los ingenieros construyen una isla artificial y luego perforan hasta la capa de carbón. En el Golfo de México se ex­trae azufre de debajo del fondo marino con agua sobrecalentada.

El depósito de azufre del Golfo de México se descubrió cuando se estaba buscando petróleo. En general, el petróleo y el gas natural son los minerales más importantes que se extraen del substrato marino . Hay plataformas petrolíferas por todo el mundo, en lugares como el Estrecho de Bass, entre Tasmania y Australia, el Mar Ne­gro, el Golfo de México, el Ártico, frente a las costas de California, en el Mar del Norte y el Mar de Sulu en Filipinas. La instalación de plataformas en el mar ha planteado muchos problemas y riesgos para los operadores. Las plataformas deben poder soportar fuertes tor­mentas y en algunos casos la presión de blo­ques de hielo a la deriva. Pero la tecnología de perforación marina se ha desarrollado rápidamente. Hoy, un 20% de la producción mundial de petróleo procede del mar y esta proporción va a aumentar a medida que se agoten los campos petrolíferos de tierra.

Las primeras plata­formas petrolíferas marinas [1] eran plataformas terrestres apoyadas sobre postes. Los diseños posteriores [2] tienen múltiples apoyos enterrados en el mar. Las plataformas de gato mecánico [3] tienen soportes que llegan al fondo. Las sémisumergibles [4] se apoyan en flotadores y se aseguran al fondo con ataduras. Los barcos de perforación [5] se usan en aguas profundas El taladro baja a través de un agujero del casco.

Productos Extraídos del Agua Marina

La sal común, el magnesio y el bromo se extraen ya, rentablemente, del agua del mar. La sal se ha estado extrayendo del mar desde la antigüedad. El método tradicional es inundar estanques costeros. Al evaporarse el agua al sol, precipitan algunas impurezas. La salmuera concentrada pasa entonces a otro estanque, donde precipita la sal gema. Ac­tualmente, un 33% del total de la sal que se consume en el mundo procede del agua mari­na. La sal del mar es especialmente importan­te en países que no tienen otra fuente de sal, como Japón.

El magnesio es un metal importante para la obtención de las aleaciones livianas que se usan en la fabricación de aviones, cohetes e instrumentos de precisión. En la II Guerra Mundial se usó en bombas incendiarias. En la década de los 30, Alemania producía casi un 66,6 % del consumo mundial, por lo que los científicos británicos y norteamericanos iniciaron experimentos para extraerlo del agua del mar. En 1939, los británicos inven­taron un proceso en el que se separaba el magnesio en forma de hidróxido tras mezclar con cal el agua del mar. Hoy, el magnesio del agua de mar supone el 66,6 % de la produc­ción anual mundial.

El bromo, importante elemento en las in­dustrias fotográfica y farmacéutica y en la producción de gasolina de alto octanaje, tam­bién se obtiene en gran parte del agua de mar. Sin embargo, las perspectivas de extracción de otros elementos del agua de mar dependen de dos factores principales: primero, en tierra debe haber una escasez del elemento que jus­tifique la gran inversión que se requeriría; y segundo, una explotación eficaz depende del desarrollo tecnológico.

El agua misma es un recurso valioso en re­giones costeras áridas. El agua dulce se puede obtener de la de mar por evaporación y condensación; en definitiva, éste es el origen del agua de lluvia y de ríos y lagos. Pero la aceleración artificial del proceso en plantas desalinizadoras consume grandes cantidades de energía, en general petrolífera o nuclear, y sólo se justifica en determinadas partes del mundo en que la energía es barata, como en Arabia.

 Desde la época de la civilización minoica se ha estado extrayendo sal del agua del mar. Primero se recoge agua en estanques costeros. Cuando bajo la acción del sol se evapora el agua, la sal precipita a partir de la salmuera.

Un importante recurso oceánico es el agua. La desalinización del agua de mar para obtener agua dulce se consigue por procesos eléctricos, químicos y de cambio de fase (es decir, condensando vapor de agua o congelando el agua para eliminar la sal). Sin embargo, todos estos procesos requieren maquinaria potente y complicada que los encarecen. En la actualidad, la desalinización a gran escala se hace sólo en lugares donde el agua dulce es desesperadamente insuficiente, como en Israel. Las ganancias del petróleo han hecho posible qué en algunas naciones árabes se haga esto en tierras áridas.

Zonas de Calor y Meteorización

A veces, las soluciones ricas en minerales reemplazan sólo a algunos elementos de la roca original; otras veces, toda la masa es afectada y se forman depósitos enormes, como los de pirita de Río Tinto, en España, y los del Copper Belt, en Zambia. El tipo de depósito mineral viene determinado por la temperatura de la solución y los gases asocia­dos. Hay minerales específicos asociados a zonas más calientes y más frías. El estaño, cobre, plomo, cinc y hierro se encuentran dis­puestos en este orden característico, de dentro a fuera, en la zona de mayor calor. Las soluciones hidrotermales pueden aflorar a la superficie como fuentes termales que produ­cen depósitos de la mena del mercurio (el cinabrio), y los depósitos de azufre suelen encontrarse junto a volcanes.

Las rocas de la superficie terrestre están sujetas a meteorización. La filtración del agua subterránea puede lixiviar algunos ele­mentos útiles superficiales y trasladarlos al manto freático. Muchos depósitos valiosos de cobre se han formado así a partir de menas de baja concentración. Bajo la capa de enri­quecimiento secundario, la mena mineral si­gue siendo de baja concentración. En regio­nes tropicales, la meteorización puede afectar a los 75 m superiores de la superficie. Bajo estas condiciones, los silicatos aluminicos se descomponen y forman depósitos de bauxita, la principal mena del aluminio. Algunas me­nas de hierro y algunos depósitos de manga­neso tienen este origen.

El azufre suele presentarse en estado nativo (puro) alrededor de las salidas de los volcanes; es depositado por gases sulfurosos. Actualmente una impor­tante fuente de azufre resulta del refino del petróleo bruto.

Las menas son concentraciones de minerales que contienen cantidades económi­camente importantes de metales, como cobre, estaño, tungsteno o plomo. Se forman de di­versas maneras. Las diferentes menas de un mismo metal pueden tener orígenes distintos.

El magma o roca fundida es el origen de muchos depósitos minerales. Algunos depósitos se forman en el interior de la propia masa ígnea enfriada y consolidada. Los mi­nerales se concentran por segregación mag­màtica. Ejemplos de depósitos formados por este proceso son los de cromita  de Sudáfrica, los famosos depósitos de hierro de Kiruna (Suecia) y el sulfuro de níquel de Sudbury (Canadá). Los depósitos contem­poráneos de la roca encajante se llaman singenéticos. Un mineral es epigenético cuando se forma después que la roca encajante.

Durante el enfriamiento del magma, líqui­dos y gases calientes pueden ser forzados a introducirse en rocas adyacentes. Al dismi­nuir la presión, estas soluciones ricas en minerales se enfrían y depositan los minera­les. A veces ocupan pequeñas grietas y for­man vetas o conjuntos de vetas (llamados fi­lones), que contienen tanto minerales econó­micamente importantes como los desechables (ganga). Las vetas no suelen tener gran espe­sor, pero pueden extenderse por grandes dis­tancias y penetrar a grandes profundidades.

Los depósitos formados por gases se lla­man pneumatolíticos. Los depósitos de apa­tito de Noruega y algunos de los de estaño que se explotaron en Cornualles tienen este origen. Los que se formaron a partir de solu­ciones acuosas se llaman hidrotermales.

El calor de las intrusiones ígneas altera las rocas circundantes, sobre todo las que están en contacto con ellas. Cuando soluciones ri­cas en minerales y gases calientes empapan la roca y reemplazan algunos de sus componen­tes, el depósito se llama pirometasomático y suele ser fuente de cobre, cinc y plomo. Estas interacciones son evidentes en los puntos de contacto entre granito y caliza.

Las masas de menas magmáticas pueden producirse por varias causas: asentamiento de los minerales o los elementos más densos en la parte inferior de una cámara magmática en el proceso de enfria­miento [A]; inyección, por fisuras, de compo­nentes magmáticos de cristalización tardía [B]; metamorfismo de contacto, por el cual minerales de las paredes de las rocas encajantes son reemplazados por minerales derivados del magma [C]; y depó­sitos hidrotermales que rellenan las fisuras con minerales procedentes del magma y llevados por soluciones acuosas calientes [D], como en los depósitos de cobre de Butte [EE.UU.].

La cromita se halla como mineral en rocas Igneas ultrabásicas. Sin embargo, en algunas regiones se han formado menas de cromita por segregación, como en Nueva Caledonia, de donde procede este ejemplar, y en Rhodesia.

Los minerales son los materiales de los que están formadas las rocas. Algunas rocas están constituidas por un solo mineral, pero otras constan de muchos minerales. No es frecuente que los minerales útiles se presenten en concentraciones suficientes como para po­der ser explotados comercialmente. Sin embargo, medios tecnológicos cada vez más sofisticados permiten que sean prove­chosamente explotados depósitos que hasta hace poco se consideraban antieconómicos. Las nuevas técnicas también han hecho posi­ble la reexplotación de las enormes escom­breras de algunas minas. La escasez debida a la creciente demanda o al agotamiento de las reservas más ricas puede también hacer aprovechable la extracción de menas minera­les de baja concentración sin que sea preciso cambiar las técnicas mineras básicas al uso.

La explotación de yeso en esta mina a cielo abierto, situada cerca de Paris, produce el material llamado escayola. Cuando un mineral explotable se presenta cerca de la superficie, entonces puede extraerse así, eliminando la cubierta de suelo y rocas.

Las rocas metamórficas suelen ser mucho más duras que las sedimentarias. Algunas se forman al quedar enterradas a gran profundi­dad; otras, por el calor de intrusiones ígneas. Sus granos son cristales encajados unos con otros; algunas, como los esquistos, pizarras y gneis, se rompen fácilmente por determinados planos. Otras, como la cuarcita y el mármol, son rocas compactas que se rompen en cualquier dirección.

Cuando una masa fundida de magma se introduce entre rocas sedimentarías, éstas se alteran. Este tipo de metamorfismo se llama térmico o de contacto. Las intrusiones menores, del tipo diques o filones capa, alteran sólo una delgada capa de la roca en­cajante y la endurecen; las grandes intrusio­nes alteran la roca en un radio de varios kiló­metros. Una intrusión grande puede elevar el calor de la roca hasta 700ºG y el enfria­miento puede tardar más de un millón de años, lo que da tiempo para que se formen nuevos minerales.

Las rocas adyacentes a una intrusión íg­nea se dividen en zonas, según su grado de alteración. Las arcillas compactadas pueden haberse transformado en pizarras en la parte externa; cerca de la intrusión habrá nuevos minerales, como la andalucita, y más cerca se formará una roca dura: corneana.

Los tres grupos de rocas son las Ígneas, las sedimentarlas y las metamórficas. Se pueden observar juntas cuando una intrusión de roca ígnea atraviesa rocas sedimentarias. Su calor provoca en la roca sedimentaria una metamorfización térmica. Las rocas sedimentarias enterradas a gran profundidad sufren metamorfismo regional.

Las rocas ígneas se dividen en extrusivas e intrusivas. Las extrusivas han salido por volcanes y se han enfriado como lava en la superficie terrestre. Las intrusivas han soli­dificado bajo la superficie. El grano de una roca depende de la velocidad de enfriamiento. Las rocas de grano grueso resultan de un en­friamiento lento que ha dado tiempo a los cristales para crecer hasta más de 2 mm de longitud; las rocas se enfrían lentamente cuando se encuentran a gran profundidad, y el tamaño grueso es característico de las ro­cas intrusivas. Las de grano fino se han en­friado rápidamente en la superficie o cerca de ella; la mayoría de las rocas extrusivas son de grano fino, aunque algunas se enfrían tan rápidamente que los cristales no tienen tiem­po para desarrollarse y en consecuencia se forma obsidiana.

Las rocas ígneas se clasifican según la can­tidad de sílice que contienen y según el ta­maño de los granos. La composición quími­ca y, en especial, el contenido de sílice dependen del origen del magma del cual se formó la roca. El magma puede haberse for­mado por fusión parcial de las rocas situadas bajo la corteza o por fusión de la propia cor­teza como parte del ciclo de las rocas. El magma de la corteza contiene más sílice que el de material más profundo y produce rocas más claras; el magma de material profundo da rocas oscuras.

La fusión parcial de las rocas bajo la cor­teza produce basaltos (lavas extrusivas de grano fino), dolerita (roca intrusiva de grano medio) y gabro (roca intrusiva de grano grueso). Los basaltos forman el fondo del océano y ocupan grandes zonas en Islandia y en algunos continentes. Las doleritas forman extensos diques o filones capa que atra­viesan o se sitúan paralelos a las capas de rocas sedimentarias. El gabro se presenta en forma de intrusiones masivas que fueron la fuente de doleritas y basaltos.

La fusión de las rocas que inicialmente eran sedimentos produce granitos y andesitas. Los granitos se presentan en for­ma de enormes intrusiones llamadas batolitos.

Hay muchas formas de yacimiento de rocas ígneas. Una chimenea [1] es un canal circular vertical de alimentación de un volcán. La bolsada [2] es una gran masa de roca que solidificó a gran profundidad. Un batolito [3] es un gran cuerpo de granito del que no se detecta el fondo. Un lacolito [4,7] es una masa en forma de domo que ha arqueado la roca suprayacente. Un dique [5] es una masa de roca aplanada vertical; y un sill o filón capa [6] es una masa de roca aplanada horizontal. Un lopolito [8] es una masa de roca en forma de plato.

Las rocas ígneas contienen un número variable de minerales en los que la cantidad de sílice (Si02) deter­mina la acidez de las rocas y, por tanto, su clasificación. Esta proporción de sílice determina el tipo y proporción de los mine­rales presentes. Las láminas delgadas de rocas, examinadas con luz polarizada, muestran los minerales individuales con colores propios, que ayudan a identificarlos y a clasificar la roca.

Las rocas de la superficie terrestre son de tres tipos: ígneas, sedimentarías y metamórficas. Las sedimentarias se forman de materiales químicos y orgánicos y de frag­mentos producidos por meteorización y ero­sión de rocas más antiguas; las metamórficas se forman por calentamiento de rocas más antiguas sometidas a presión.

Las rocas sedimentarias se subdividen en tres tipos: clásticas, formadas por frag­mentos de rocas más antiguas; orgánicas, por restos de animales o plantas; y químicas, producidas por precipitación de minerales y sales del agua. Los ríos, los glaciares y las olas rompen rocas ya existentes en fragmen­tos, algunos grandes, como piedras y guija­rros, otros de 1 mm de diámetro, como la arena, y otros demasiado finos para ver su tamaño al natural, que forman el fango. La mayoría son llevados al mar por los ríos y se depositan en deltas o en el fondo marino. Las piedras demasiado grandes para ser arrastradas por el agua quedan en el curso del río o en playas y pueden llegar a cementarse for­mando una roca llamada conglomerado. La arena se deposita junto a la costa o en la pla­taforma continental y puede transformarse en arenisca. También el viento deposita arenas en ambientes desérticos. El fango suele ser transportado lejos de la costa para convertir­se en arcilla o pizarra arcillosa.

Las rocas sedimentarias orgánicas pueden estar formadas por restos de plantas, como el carbón, o por partes duras de animales. Mu­chas calizas están constituidas por corales y moluscos fósiles que extrajeron cal del agua del mar para formar sus esqueletos y que, al morir, dejaron sus restos en el fondo del mar; con el tiempo, el movimiento del agua rompe las conchas en fragmentos; duran­te millones de años, los fragmentos se van compactando debido al peso y se cementan unos con otros transformándose calizas. Esto se llama litificación. Actualmente se es­tá acumulando material calizo en las Bahamas y el Golfo Pérsico, pero antes los mares cálidos eran mucho más extensos y se produ­cían calizas en regiones muy amplias. La Creta está formada de innumerables conchas, tan pequeñas que sólo se ven al microscopio.

El agua del mar contiene gran cantidad de sales y, si se evapora, éstas precipitan. En re­giones tropicales donde soplan vientos secos y cálidos sobres mares someros, se evapora gran cantidad de agua y se forma cal en el fondo del mar, que se endurece y constituye una caliza de grano fino. En cuencas par­cialmente cerradas, además de cal precipitan otras sales, como el yeso.

Las rocas sedimentarias son importantes económicamente: suministran petróleo, gas natural, carbón y materiales de construcción. También son de gran interés porque se for­maron en la superficie terrestre y aportan datos sobre las condiciones que allí había hace millones de años. La arenisca roja de grano fino, por ejemplo, indica la presen­cia de desiertos. El estudio de ambientes anti­guos mediante el análisis de rocas actuales se llama estratigrafía.

 Las rocas sedimenta­rias son los productos estables del ciclo de sedimentación. Existen tres clases de rocas sedimentarias: las clásticas, formadas por fragmentos rotos y erosionados de rocas preexistentes; las orgánicas, formadas por materias vivas en otro tiempo, como madera y conchas; y las químicas, formadas por la precipitación de sales por evaporación. Las clásticas (arenisca, arcillita fina, pizarra arcillosa, conglomerado) son las principales y su papel es decisivo en el ciclo sedimentario. El único tipo orgánico hallado en abundancia es la caliza, que pudo formarse de detritos de grandes arrecifes de coral o de extensos depósitos de conchas. El carbón es una roca orgánica importante económicamente, pero no se presenta en tan gran volumen. Ciertas calizas se forman químicamente, pero las rocas sedimentarias más comunes formadas por precipitación química son la sal y el yeso. Su extensión limitada se debe a su modo de formarse: en lagunas y lagos salados pequeños. La erosión de estas rocas produce detritos que darán lugar a otras rocas.

Formación de las Rocas

El agua que circula por la arena deposita óxido de hierro, sílice o cal entre los granos, y esto “cementa” la arena suelta y la convierte en arenisca. El fango es comprimido por el sedimento suprayacente hasta que expulsa toda el agua y se convierte en pizarra. Este paso de un sedimento suelto a una roca dura se llama litificación.

Los mayores espesores de rocas sedimen­tarias suelen acumularse en depresiones lar­gas y estrechas del mar llamadas geosinclinales. Estas depresiones se producen por co­rrientes de convección descendentes que, durante millones de años, arrastran la corteza terrestre hacia el interior de la Tierra, donde la presión y la temperatura son elevadas. La roca sedimentaria de la depresión es arrastra­da con la corteza. Se pliega, se comprime y se calienta hasta temperaturas que oscilan entre los 200º y los 500ºC. Esto transforma la roca sedimentaria en roca metamórfica.

El movimiento de la corteza terrestre pue­de arrastrar la roca hasta 700 km de profun­didad. Aquí, la temperatura y la presión serán aún más altas y la roca empezará a fundirse. La roca fundida es más liviana que la sólida y tenderá a ascender, a través de la que la recubre, hacia la superficie. Si sale en forma de flujo de lava, quedará expuesta in­mediatamente a la alteración y a la erosión y comenzará un nuevo ciclo. Pero es más fre­cuente que la roca fundida solidifique bajo la superficie, y será necesario que se erosione la roca que la recubre antes de que recomience el ciclo.

Aunque el ciclo completo va de las rocas sedimentarias a las metamórficas y de éstas a las ígneas, muchas rocas acortan el ciclo saltándose las etapas ígnea o metamórfica. Por ejemplo, un sedimento puede litificarse y convertirse en arenisca, pero puede luego su­frir un levantamiento sobre el nivel del mar y ser erosionado.

Las texturas sirven para identificar las rocas. Las rocas ígneas [A] muestran cristales bien desarrollados; las sedimentarias [B], fragmentos de rocas más antiguas; las metamór­ficas [C], el esfuerzo bajo el que se formaron.