Cuando una placa tectónica se hunde bajo otra, se generan magmas ricos en sustancias volátiles como agua, azufre y cloro.
A medida que estos magmas ascienden, liberan fluidos magmáticos, en los que el azufre y el cloro se unen a metales como el oro y el cobre, y transportan estos metales hacia la superficie de la Tierra.
Como las condiciones extremas propias de los magmas naturales son muy difíciles de reproducir en el laboratorio, el papel preciso de las diferentes formas de azufre en el transporte de metales sigue siendo objeto de un intenso debate. Sin embargo, un enfoque innovador de un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE) ha demostrado que el azufre, en su forma de bisulfuro (HS – ), es crucial para el transporte de oro en fluidos magmáticos.
Estos hallazgos se publican en Nature Geoscience .
Cuando dos placas tectónicas chocan, la placa que se subduce se hunde en el manto terrestre, se calienta y libera grandes cantidades de agua. Esta agua hace que el manto se funda a alta presión y a temperaturas superiores a los mil grados centígrados, formando magmas. Como el magma líquido es menos denso que el resto del manto, migra hacia la superficie terrestre.
«Debido a la caída de presión, los magmas que ascienden hacia la superficie de la Tierra saturan un fluido rico en agua, que luego se libera en forma de burbujas de fluido magmático, dejando atrás una masa fundida de silicato», explica Stefan Farsang, investigador postdoctoral en el Departamento de Ciencias de la Tierra de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y primer autor del estudio.
Los fluidos magmáticos están compuestos, por tanto, en parte de agua, pero también de elementos volátiles disueltos, como el azufre y el cloro. Estos dos elementos son cruciales porque extraen oro, cobre y otros metales del silicato fundido hacia el fluido magmático, facilitando así su migración hacia la superficie.
Varias formas de azufre
El azufre se puede reducir u oxidar fácilmente, es decir, ganar o perder electrones, un proceso conocido como redox. El estado redox del azufre es importante porque afecta a su capacidad de unirse a otros elementos, como los metales. Sin embargo, un debate ha dividido a la comunidad científica durante más de una década: ¿cuál es el estado redox del azufre presente en el fluido magmático que moviliza y transporta los metales?
Zoltán Zajacz, profesor asociado del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y coautor del estudio, explica: «Un artículo seminal de 2011 sugería que los radicales de azufre S3 desempeñaban este papel. Sin embargo, los métodos experimentales y analíticos tenían varias limitaciones, sobre todo a la hora de reproducir las condiciones de presión-temperatura y redox magmáticas relevantes, que ahora hemos superado».
Revolución metodológica
El equipo de la UNIGE colocó un cilindro de cuarzo y un líquido con una composición similar a la de un fluido magmático en una cápsula de oro sellada. A continuación, la cápsula se colocó en un recipiente a presión, que luego se llevó a las condiciones de presión y temperatura características de los magmas depositados en la corteza superior de la Tierra.
«Sobre todo, nuestra configuración permite un control flexible de las condiciones redox en el sistema, algo que antes no era posible», añade Farsang.
Durante los experimentos, el cilindro de cuarzo se fractura, lo que permite la entrada del fluido magmático sintético. El cuarzo atrapa entonces gotitas de fluido de tamaño microscópico como las que se encuentran en la naturaleza, y la forma del azufre en ellas se puede analizar a alta temperatura y presión mediante el uso de láseres con una técnica analítica conocida como espectroscopia Raman.
Mientras que los experimentos espectroscópicos anteriores normalmente se realizaban hasta 700 °C, el equipo de la UNIGE logró elevar la temperatura a 875 °C, característica de los magmas naturales.
El bisulfuro como transportador
El estudio muestra que el bisulfuro (HS – ), el sulfuro de hidrógeno (H 2 S) y el dióxido de azufre (SO 2 ) son las principales especies de azufre presentes en los fluidos experimentales a temperaturas magmáticas. El papel del bisulfuro en el transporte de metales ya estaba bien documentado en los llamados fluidos hidrotermales de baja temperatura que se originan a partir de los fluidos magmáticos de temperatura más alta. Sin embargo, se pensaba que el bisulfuro tenía una estabilidad muy limitada a temperaturas magmáticas.
Gracias a su metodología de vanguardia, el equipo de la UNIGE pudo demostrar que también en los fluidos magmáticos el bisulfuro es responsable de transportar la mayor parte del oro.
«Al elegir cuidadosamente nuestras longitudes de onda láser, también demostramos que en estudios anteriores, la cantidad de radicales de azufre en los fluidos geológicos se sobreestimó severamente y que los resultados del estudio de 2011 se basaron de hecho en un artefacto de medición, poniendo fin a este debate», dice Farsang.
Se han esclarecido las condiciones que conducen a la formación de importantes yacimientos de minerales de metales preciosos. Dado que gran parte de la producción mundial de cobre y oro proviene de yacimientos formados por fluidos derivados del magma, este estudio puede contribuir a su exploración abriendo importantes perspectivas para comprender su formación.
Más información: Stefan Farsang et al, Especies de azufre y transporte de oro en fluidos magmáticos de arco, Nature Geoscience (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01601-3
