Dentro de la génesis de las fases encontradas, hay que comprender que los metales son incompatibles con la química cristalina de la mayoría de los minerales formadores de rocas, por lo que tienden a enriquecerse en magmas residuales (y subsecuentemente en fluidos hidrotermales); también son removidos de los minerales durante la reacción agua-roca, y liberados o removidos de los minerales cuando estos recristalizan durante el metamorfismo.
La solubilidad de productos de sulfuros metálicos es muy baja, ellos son esencialmente insolubles en agua. Los metales son insolubles como iones simples y consecuentemente son transportados como complejos.
Para dar explicación a la esfalerita, el zinc se combina con el cloro formando un complejo el cual después reacciona con ácido sulfhídrico dando paso a la siguiente reacción:
ZnCl2 + H2S = ZnS + 2H+ + 2Cl- Ec. (9)
Para que precipite la esfalerita tiene que excederse el límite de solubilidad, es decir que exista un cambio del equilibrio por cualquier situación. El número de posibles cambios en equilibrio son relativamente pequeños para una reacción simple, pero los mecanismos posibles son más numerosos; el equilibrio en estas reacciones significa que los iones pueden ser asociados o disociados dependiendo de factores tales como pH y temperatura.
Causas de precipitación de los fluidos hidrotermales o soluciones:
1. Enfriamiento: a. afecta la solubilidad del producto. b. afecta las constantes de disociación de los complejos el enfriamiento resulta en disociación.
2. El aumento en especies sulfuradas reducidas acuosas produce: a) adición simple de H2S o de HS-. b) Reducción de especies oxidadas de azufre (SO 42-o HSO4-), cambio de
pH en la solución, aumento de la concentración de metales y el descenso de la concentración de ligandos.
97 En una solución donde estén disueltos los átomos de Cu y Fe, si están en contacto con la esfalerita precipitada, el Cu y el Fe desplazan a los átomos del Zn. Es decir, a partir de la esfalerita se forma la calcopirita. Posteriormente, debido a una oxidación primaria de la calcopirita, se forma la cuprita, dando así explicación de la presencia de dichas fases, en un precipitado
Mientras, la galena está relacionada con la esfalerita y con la alabandina, es decir son sulfuros que se forman en presencia de H2S.
En las cuevas de Naica, el ácido sulfhídrico de la solución hidrotermal que provino del intrusivo fue el responsable, junto con la variante oxidada que es el ácido sulfúrico, de disolver la calcita de la corteza terrestre. La presencia de iones sulfato y de calcio posteriormente formó anhidrita. Esta última fue disuelta para la formación de selenita, según las teorías más aceptadas por Marín-Herrera et al.2006, García-Ruiz et al. 2007 y Forti et al.2010. En las paredes de las cuevas hay hematita y demás óxidos formadores de rocas, como parte de arcillas, como se señala en los Antecedentes.
Garofalo et al.2010, describen figuras parecidas a la muestra SWESH01, denominados “Dark rims”, en los cuales encontraron fases como hematita, goethita y oxi- hidroxidos de plomo y manganeso. En el presente estudio, se confirma la presencia de hematita y los oxi-hidróxidos de plomo y manganeso (amorfos), además de encontrarse otras fases tales como galena, alabandina, calcopirita, cuprita, halita y fluorita.
La presencia de O2 en las rocas, en contraste con el CO2 y el H2O, al oxigeno se le
considera como un componente inmóvil. Para que coexistan la magnetita y la hematita se requiere que se cumpla la siguiente reacción:
½ O2 + 2 Magnetita → 3 Hematitas Ec .(10)
Ya que el agua en la Cueva de las Espadas estaba altamente enriquecida en oxigeno por ser más superficial, y estar en la zona del nivel freático (García-Ruiz et al.2007) en la Cueva de las Espadas se pudo lograr estar reacción.
La ausencia de CaCO3 en las muestras sugiere que no existe la interacción de CO2 con el
cristal de selenita, como lo estudiado por Forti et al.2006 en la Cueva de las Velas, Naica.
Todo lo descrito anteriormente nos permite formular un modelo para la presencia de las fases de impurezas sobre la mayoría de los cristales de la Cueva de las Espadas:
En el estudio realizado por GI-XRD de la muestra de SWESH01 para ángulos de 1 y 3°, se encuentra la hematita, por lo tanto, se encuentra más profunda que la fase amorfa, y debido a que se encontró hematita en la superficie de todas las muestras, todo lo anterior indica que sobre los cristales primero se deposita hematita. Después la hematita sirve para la adsorción de otros cationes y aniones, tales como: Zn, Fe, Cu,
Pb, Mn, Si, Al, Mg, Cl, F, entre otros.
La esfalerita (ZnS), la calcopirita( CuFeS), la galena (PbS), la alabandina (MnS), están presentes en forma disuelta o suspendida en la solución en menores concentraciones que la selenita y la hematita, por lo que al precipitarse se colocan aleatoriamente, formando una mezcla de impurezas heterogénea. El estudio por GI-XRD a ángulos de 0.1, 0.2, y 0.3° para la muestra SWESH01 se determinó que contiene una fase amorfa, que contiene PbS, MnS y oxi-hidroxidos de estos metales, se deposita por adsorción sobre la hematita y otras fases policristalinas minoritarias.
Por último, debido a que el agua meteórica bajo la temperatura en la Cueva de las Espadas provoco una mayor nucleación, es por esto que existen más cristales de selenita. La selenita detiene su crecimiento cuando la concentración de sulfato de calcio en la solución disminuye o cuando la solución no está presente, es decir, debido a que el nivel freático descendió. Según lo reportado por Marín-Herrera et al., 2006 y García-Ruiz et al.2007 el nivel freático original antes de la llegada del hombre en 1910 se encontraba a -120m, por lo que esto sugiere que la Cueva de las Espadas ya no estaba sumergida desde esa fecha.
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CAPÍTULO VIII: CONCLUSIONES
• Las impurezas sobre los monocristales tienen espesores desde 120 nm a 150 μm. Forman fases policristalinas y amorfas. Los elementos que conforman las impurezas son: Fe, Pb, Mn, Zn, Cu, Al, Si, Mg, Na, Co, K, S, Cl y F. La fase de impureza que apareció en todas las muestras fue la hematita.
• Se sugiere un modelo para la deposición de impurezas en la superficie de los cristales de la Cueva de las Espadas. En el mismo, la selenita detiene su crecimiento cuando la concentración de sulfato de calcio en la solución disminuye. A continuación la fase principal que se deposita es la hematita que está disuelta o suspendida en la solución. La hematita sirve de matriz para la adsorción de otras fases cristalinas y amorfas.
• En la solución se encuentran presentes elementos tales como Zn, Fe, Cu, Pb, Mn, Si, Al, Mg, entre otros. La esfalerita (ZnS), la calcopirita (CuFeS), la galena (PbS), la alabandina (MnS), están presentes en forma disuelta o suspendida en la solución en menores concentraciones que la selenita y la hematita. Estas fases se adsorben o precipitan sobre la hematita.
• La fase amorfa, que contiene PbS, MnS y oxi-hidroxidos de estos metales, se deposita por adsorción sobre la hematita y otras fases policristalinas minoritarias.
• Las fases presentes en las diferentes muestras permiten concluir que las impurezas no fueron provocadas por la acción del hombre. Las impurezas fueron depositadas por precipitación desde la solución posteriormente al crecimiento de los monocristales. En relación con la hipótesis planteada al inicio del proyecto, lo que se ha comprobado es la hipótesis alternativa.
• El hombre extrae el agua en la mina, y paulatinamente ha ido bajando el nivel freático en la zona. La acción del hombre es probable que haya secado la Cueva de las Espadas. El mayor daño que ha provocado el hombre en esta cueva es la depredación por coleccionistas.