Recursos Minerales de los Fondos Marinos Profundos: Exploración y Tendencias

F. Javier González Sanz

[email protected]

Geología Marina

Instituto Geológico y Minero de España (IGME)

Seminario Recursos Minerales Marinos

Dpto. CC. de la Tierra y del Medio Ambiente - Universidad de Alicante

19/12/2013

RECURSOS MINERALES DE LOS FONDOS MARINOS PROFUNDOS: EXPLORACIÓN Y

TENDENCIAS

mailto:[email protected]

2

ÍNDICE

1- Introducción

2- Recursos minerales de los fondos marinos profundos

- Nódulos de manganeso

- Costras de hierro-manganeso con alto contenido en cobalto

- Sulfuros hidrotermales polimetálicos

3- Perspectivas y retos de futuro

RECURSOS MINERALES MARINOS - U. ALICANTE 19/12/2013

3

1- INTRODUCCIÓN


4

71% de la superficie de la Tierra 60% por debajo de 2000 m Representan la mayor reserva de elementos estratégicos de la Tierra

Los océanos


5

La Convención de Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar

(Somoza , 2012)

Aridos y placeres

Fosforitas y costras de Fe-Mn

Nódulos de Mn

Sulfuros hidrotermales


6

Recursos minerales en ZEE, Plataforma Continental y La Zona


7

Exploración- Minería Submarina en 2013

(Hein et al., 2013)


8

Potencial Extensión de la Plataforma Continental de España y

Recursos Minerales

FISU: 78.000 km2 Gas, petróleo y nódulos de Mn Galicia: 50.000 km2 Gas, petróleo, costras cobaltíferas y nódulos de Mn Canarias: 220.000 Km2 Recursos geotérmicos, costras cobaltíferas, nódulos de Mn, gas y petróleo Oportunidades de cooperación-parcelas de exploración: España, Portugal, UE, ISA


9 RECURSOS MINERALES MARINOS - U. ALICANTE 19/12/2013

Recursos Minerales Marinos

10

2- LOS RECURSOS MINERALES

DE LOS FONDOS MARINOS PROFUNDOS


11

NÓDULOS DE MANGANESO


12

Nódulos de Manganeso

Complejo intercrecimiento de fases minerales

Ricos en Ni, Cu, Co, Mo

Co 0.2 %

Mn 28.0 %

Fe 7.0 %

Cu 1.1 % Ni 1.3 %

44.0 %

hydroxide 18.0 %

Mg, Na,

Al, Si


13

Clarion-Clipperton

Cuenca del Perú

Cuenca Índica Central

(ISA, 2008)

Mn, Ni, Cu…

Distribución global y áreas de trabajo IGME


14

Golfo de Cádiz: Estructuras de emisión de hidrocarburos

y biomineralizaciones

Medialdea et al. (2004), Marine Geology Somoza et al. (2003), Marine Geology


15

Nódulos de Fe-Mn y chimeneas carbonatadas

Somoza et al. (2001)


16

González et al. (2010), Journal of Marine Systems

Nódulos de Fe-Mn y chimeneas carbonatadas

Meknes mud volcano


17

SE Banco de

Guadalquivir

Canal del

Guadalquivir

NW Dorsal Diapírica

de Cádiz

Tasyo-8

Dorsal Diapírica

del Guadalquivir

Las mineralizaciones y la estructura del fondo marino

Campos de nódulos y

chimeneas


18

Fe-Mn

nodules Carbonate

crust

Carbonate

chimneys

0,5 m

Fe-Mn

nodules

Fluids emission centre

Mouse like

breccia

González et al. (2007), Episodes

Campos de nódulos de Fe-Mn

Imágenes del fondo marino: campos de nódulos


19

Imágenes del fondo marino: campos de chimeneas

Chimeneas carbonatadas derivadas de hidrocarburos

Díaz-del-Río et al. (2003), Marine Geology


20

Tipologías de nódulos

González et al. (2009), Marine Geology


21

Caracterización mineralógica y textural

Filosilicatos

Ox. Fe-Mn

0.1 mm

Ox. Fe

Ox. Mn+carb.+silic.

1 mm

Ox. Mn

1 mm


22

Fe

Mn

Ca

La zonación geoquímica interna en nódulos

González et al. (2012), Chemical Geology


23

Mineralógica-geoquímica en microscopía electrónica

goe

ji

Filosilicato

detrítico

Ox. Mn concetran:

Fe, Mg, Na, Ca, Al, Ti (Ba, Sr, B, Zn, Ni, Co, REE…)


24

Texturas orgánico-derivadas

py + ap

dol

Oxidación anaeróbica de hidrocarburos

González (2008), Phd Thesis


25

Pr: pristano

Ph: Fitano/crocetane

Cn: n-alcanos

Abundancia

Time

Cromatografía de gases

TOC: 0.33-3.85%

n-alcanos: origen bacteriano marino (max. Concent. n-C18)

Presencia de fenantreno y antracenos

Ácidos grasos de bajo peso molecular: (C14-C18)

Presencia de S orgánico, escualano, 17αH-21βH-hopano, compuestos nitrogenados

13CPDB = -19 a -46‰ para los hidrocarburos

Hidrocarburos termogénicos en nódulos y chimeneas

Geomarcadores de la oxidación de hidrocarburos


26

Clasificación y geoquímica de los nódulos:

Modelo mixto diagenético-hidrogenético

0,51

3,09

1,37

1,14

0,32

0,76

0,49

0,15

0,45

0,14

0,10

1,00

10,00

Al2O3 Fe2O3 CaO MgO MnO P2O5 K2O Na2O SiO2 TiO2

Componentes Mayoritarios

Rati

o

Nódulos Golfo Cádiz vs. Nódulos oceánicos

Fe 39%

Mn 6%

Mn/Fe= 0.16

Tratamientos químicos selectivos

Perfiles geoquímicos de alta resolución


27

1

2 3

0.5 km

Zona oxidante

Zona de

sulfato-reducción

Zona de

Metanogénesis

y AOM

Óxidos de Fe-Mn, aragonito, calcita

Rhodocrosita,

pirita

Siderita

Dolomita, Mg-

calcita

Costras y

pátinas

Nódulos y

agregados

Nódulos

Chimeneas y

costras

Agua oceánica

ZONACIÓN LATERAL

ZONACIÓN VERTICAL

1 m

Modelos genéticos y evolutivos:

relación con hidrocarburos y masas de agua

González (2008), Phd Thesis


28

Trabajos de Master y proyectos Fin de Carrera


29

Descubrimientos recientes en el margen de Galicia


30

Nódulos de Mn ricos en cobalto Mineralogía: Mn ox. ricos en Ba (romanechita, todorokita) MnO>50 wt% FeO<0.5 wt% Co (1-2 wt%), Ni (0.3 wt%) and Cu (0.1 wt%)

Nódulos de Fe-(Mn) Mineralogía: Goethita ± Mn ox. Texturas framboidales y orgánico-derivadas FeO= 50-75 wt% MnO= 1 wt%

2 cm



31

COSTRAS DE HIERRO-MANGANESO

CON ALTO CONTENIDO EN COBALTO


32

Hasta un 2% Cobalto

Estructura laminar de varios cm de espesor

Áreas de baja tasa de sedimentación

Elevada actividad biológica

Menos de 2000 m de profundidad

Relativamente fáciles de explotar

Costras de hierro-manganeso con alto contenido en cobalto


33

(ISA, 2008)

Mn, Co, Ni, REEs, Pt, Te…



34

FI

Batimetria (m)

MAR DE WEDDELL

MAR DE SCOTIA

MAR DE BELLINGSHAUSEN

Dorsal septentrional de Scotia

Fosa de las

Islas Sandwich

de Scotia

Costras de hierro-manganeso en el mar de Scotia


35

PirieBank

Bruce

Bank

DiscoveryBank

Dove

Basin

Muestreo de costras en dorsales y bancos submarinos:

Campañas antárticas 2004 y 2008


36

Costras Fe-Mn

2000-2500 m

Tª fondo ≈ 0 a -1ºC

Costras cobaltíferas y basaltos in situ de la dorsal de Dove


37

2 cm

100m

ver

goe+ qtz

ver

Pgl

Mn, Ni, Co, Pb, Ti

Fe, Si, Ti, Zn Mineralogía: ver Fe ± goe ± qtz

Texturas: laminada y columnar

Basalto oceánico

Mineralogía y texturas de las costras


38

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

%

Al2O3 Fe2O3 CaO MgO MnO P2O5 K2O Na2O SiO2 TiO2

Oxides

20% Fe

Mn/Fe= 1.15

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

ppm

V Cr Co Ni Cu Zn As Sr Zr Mo Ba Pb Th U B Li

Elements

(Cu+Co+Ni)> 0.6%

trazas= 2% 23% Mn

o i u

Hydrogenetic

Diagenetic +

Hydrothermal

Hydrothermal

Dove Ridge

Fe-Mn crust

Geoquímica y clasificación: costras hidrogenéticas polimetálicas

REEs= 0.4%

Pt 200 ppb


39

Tasas de crecimiento y edades de las costras de hierro-manganeso

Series condensadas de la historia del océano

18 Ma

Fe

Mn

Si

Co


40

Costras de hierro-manganeso campaña antártica 2008

DR03 DR03

DR02 DR02


41


Costras de Fe-Mn con alto contenido en Co Espesor: hasta 3 cm Cubriendo fosforitas y nódulos fosfatados Mineralogía: Mn ox. (vernadita, birnesita, todorokita) MnO= 22-23 wt% FeO= 14-19 wt% Co y Ni (hasta 1 wt%)


42

(ISA, 2004)

Galicia: Fosforitas y costras de Fe-Mn

Áreas de upwelling

Aguas de profundidad media

Grandes reservas

Bajo valor económico


43

Montes submarinos en Canarias

El Hierro

Bimbache

Echo

Paps

Drago

Tropic

Las Hijas

Erupción submarina La Restinga

Tenerife

SAHARA


44

DR-02

DR-02 DR-04

DR-03

Descubrimientos de costras en montes submarinos

Monte submarino Echo


45

Dragado de costras de ferromanganeso

con alto contenido en cobalto


46

Metales estratégicos en costras de Mn

costras de Mn

costra de Mn Alteraciones hidrotermales

Alteraciones hidrotermales


47

Trabajos de Master


48

SULFUROS HIDROTERMALES POLIMETÁLICOS


49

(Hannington et al., 1999)

(ISA, 2004)

Sulfuros masivos y sedimentos metalíferos

Hidrotermalismo de dorsal medio-oceánica

Salidas de fluidos de hasta 400°C

Depósitos muy ricos en Pb, Cu, Zn, Au

Principalmente en aguas profundas

Áreas muy localizadas


50

(ISA, 2004)

Cu, Au, Ag, Pb, Zn…



51

Depósitos hidrotermales submarinos

(Petersen, 2011)


52

Chimeneas hidrotermales

Vancouver Island, Juan de Fuca Ridge Logachev Field, Atlantic Ocean

Lost City, Atlantic Ocean


53

Erupción submarina en La Restinga (Isla de El Hierro)

Campaña GAIRE 2011


54

Somoza et al. (2012), Geotemas

Procesos y productos de la emisión volcánica submarina


55

Isla Decepción :

Hidrotermalismo activo de la dorsal de Bransfield

Somoza et al. (2003), Marine Geology


56

Depósitos hidrotermales y mapeado geoquímico

Somoza et al. (2003), Marine Geology


57

3- PERSPECTIVAS Y RETOS DE FUTURO


58

Los Retos

Económico

Tecnológico-Investigador

Ambiental


59

Evolución del número de yacimientos descubiertos y los costes


60

0%

10000%

20000%

30000%

40000%

50000%

60000%

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

China

India

US

Source: Australian Bureau of Agricultural and Resource Economics

Precios de los metales


61

Raw Materials


62

Raw Materials


63

Explotaciones de hidrocarburos offshore


64

Recursos Minerales Marinos en los Medios


65

Situación actual: Recursos Minerales Continentales

ESPAÑA

El territorio español tiene una potencialidad minera cierta y contrastada

1972 primera compilación metalogenética nacional: base para la investigación minera

posterior

La investigación desarrollada en las últimas tres décadas ha sido fructífera, habiéndose

incrementado sustancialmente los recursos y reservas: Agua Blanca, (Ni-Cu); Oropesa, (Sn)

El IGME debe desarrollar el conocimiento de la potencialidad en recursos minerales del

territorio español

Grandes avances metodológicos: Optimización de la investigación en Recursos Minerales

MUNDO

Demanda creciente de recursos

Mejora de las bases de datos geológicas, geofísicas, geoquímicas y de indicios mineros

Gran evolución en los modelos descriptivos y genéticos

Explotación de recursos minerales con criterios de sostenibilidad


66

ESPAÑA Escaso conocimiento de nuestros Recursos Minerales submarinos

PLAN FOMAR: Mapa Geológico de la Plataforma Continental Española y zonas adyacentes. E: 1/200.000

Mapa Geomorfológico del Margen Continental de España. E: 1/1.000.000

ZEEE: Plan Hidrográfico y Oceanográfico de la Zona Económica Exclusiva Española

Proyectos IGME: Ampliación de la Plataforma Continental Española

Proyectos de I+D+i nacionales y europeos: GADES, TASYO, MVSEIS, MOUNFORCE…

Proyectos de Organismos Públicos y Empresas Privadas

Proyectos internacionales: DSDP/IODP, EU-SEASED

MUNDO

Creación de la ISA (Autoridad Internacional de los Fondos Marinos)

Desarrollo importante de las tecnologías marinas “limpias” de investigación y explotación

Avances destacados en el conocimiento de los modelos de depósitos minerales marinos

Situación actual: Recursos Minerales marinos


67

Vías de evolución

Aumento de la demanda de metales y minerales energéticos de las economías emergentes:

China, India, Brasil…

Alza de los precios de los metales base y preciosos

Mejora en los modelos genéticos y previsores de mineralizaciones

Investigaciones de recursos minerales con nuevas aplicaciones industriales-medioambientales:

cerámicas, electrónica, nanotecnología, nuevos materiales…

Disminución progresiva de las leyes y el número de yacimientos explotables en tierra

Papel preponderante de la ISA como organismo regulador de la investigación y explotación de

recursos de los fondos oceánicos patrimonio de la Humanidad

Definición de áreas potenciales de explotación de recursos minerales oceánicos

Optimización de las técnicas de investigación y explotación submarina

Redacción de informes de impacto ambiental por actividades extractivas


68

La Autoridad Internacional de los Fondos Marinos (ISA)

www.isa.org.jm


69

SIG Depósitos minerales marinos


70

“El Área”: Contratistas Internacionales


71

Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS)


72

Costras cobaltíferas de los montes submarinos pacíficos


73

Servicio Geológico de Australia (CSIRO)

Programa de Crecimiento y Desarrollo de la Industria basada en el Océano (Blue GDP):

Minerales energéticos

Otros recursos minerales (nódulos y costras de Mn, placeres, sulfuros polimetálicos…)

Desarrollo de tecnologías no contaminantes y anticontaminantes


74

SIG de depósitos minerales marinos


75

Servicio Geológico de Brasil


76

Instituto Francés de Investigación para la Explotación del Mar (IFREMER)

Programa Investigación en áreas litorales:

Medioambiente costero, sanidad y seguridad del consumidor

Programa Investigación en Fondos Marinos:

Interacciones entre fluidos, minerales y ecosistemas en los ambientes extremos

Recursos minerales y energéticos, procesos sedimentarios e impacto sobre los ecosistemas

Evaluación de recursos biológicos


77

Servicio Geológico de Alemania (BGR)

Investigación Marina:

Recursos Minerales en márgenes continentales

Nódulos y costras de Fe-Mn en el Pacífico

Asesoría para ampliación de la plataforma continental a países en vías de desarrollo


78

Servicio Geológico de Reino Unido (BGS)

Recursos Minerales:

Minerales energéticos

Áridos

Medioambiente y salud:

Geología médica

Geomicrobiología


79

u stros “Laboratorios” d trabajo


80

Correlación Global y con Tierra

Lydon, 2004

Sullivan

Faja Pirítica Ibérica

Rantitsch et al., 2003

Cinturón Alpino Mediterráneo

Campbell, 2006

Distribución global de áreas de escape de fluidos: activas y fósiles


81

AMPLIACIÓN DE LA PLATAFORMA CONTINENTAL ISLAS CANARIAS

DRAGO 11- Mayo 2011


82

Gracias por vuestra atención

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