Caracterización de las mineralizaciones de Gavà: implicaciones geoarqueológicas

Abstract

[spa] El municipio de Gavà (Cataluña) ha sido históricamente rico en recursos minerales, los cuales se han explotado desde hace más de 6.000 años. En este sentido, son especialmente destacables el caso de los minerales de hierro, beneficiados durante las épocas Íbera, Romana, la Edad Media y hasta la era industrial del siglo XIX-XX, y el de la variscita (un fosfato de aluminio de color verde intenso), que se explotó intensamente durante el Neolítico.

A nivel geológico, las mineralizaciones de hierro de Gavà se formaron en dos estadios diferenciados. En el primero, la circulación de fluidos hidrotermales de baja temperatura produjo la ankeritización de las calizas de las series del Devónico; mientras que, en un segundo estadio, dichos carbonatos fueron alterados por fluidos de origen supergénico durante el Plioceno y el Cuaternario, formándose depósitos de goethita y hematites. El estilo de mineralización depende en gran medida de las características del protolito reemplazado, lo cual lleva a la definición de tres estilos de mineralización: (1) el reemplazamiento supergénico de calizas masivas ankeritizadas del Prídoli; (2) el reemplazamiento de alternancias de calizas ankeritizadas con pizarras del Lochkoviense que contienen pirita diseminada; (3) el reemplazamiento de protolitos complejos, con alteración simultánea de carbonatos cabalgados por pizarras ricas en sulfuros y niveles de fosfatos. Estas últimas son las mineralizaciones de mayor tamaño y grado del área.

En cuanto al conjunto de minas neolíticas de Gavà, explotadas para el beneficio de la variscita, se pueden distinguir dos zonas mineras diferenciadas: Can Tintorer, que incluye el actual Parque Arqueológico de las Minas de Gavà (PAMiG), y Les Ferreres. Este conjunto de minas constituye uno de los complejos mineros más antiguos conocidos en Europa, así como el ejemplo más antiguo de la aplicación de conceptos geológicos y mineros complejos. En estas minas se explotaba principalmente la variscita, pero también la turquesa, para la fabricación de ornamentos. Recientemente, se ha podido constatar que se excavaban algunos pozos y túneles de exploración para el beneficio de otros minerales verdosos de aspecto similar y que se han caracterizado como fases del grupo de las esmectitas o las canditas.

En la zona de Les Ferreres las explotaciones son simples, mostrando una entrada única a galerías simples o rampas que alcanzan menos de 5 m de profundidad y excavadas directamente en afloramientos de fosfatos.

En contraste, en la zona de Can Tintorer la presencia de abundantes vetas subverticales de variscita permitió un complejo desarrollo de galerías en diferentes niveles de explotación comunicadas por pozos y rampas, alcanzándose 15 m de profundidad. La explotación empleada por los mineros neolíticos fue mediante realce ascendente y descendente; aunque también usaron pilares y rellenos de explotaciones más antiguas para evitar el colapso de la mina. Asimismo, quizás con el fin de favorecer la estabilidad de las galerías, algunos pozos fueron cavados directamente en el duro caliche cuaternario discordante, revelando que los mineros intuyeron la existencia de la mineralización por debajo de la cubierta de caliches.

La variscita de la zona de Can Tintorer reemplaza niveles de fluorapatito intercalados con pizarras negras meteorizadas de la serie del Silúrico, o bien aparece en forma de vetillas que cortan a estos materiales. Este conjunto está localmente cubierto por caliches discordantes del Cuaternario. La variscita, junto con los otros fosfatos y sulfatos encontrados en Gavà, se formó por la acción de fluidos meteóricos ácidos y oxidantes que generaron una intensa meteorización durante el Pleistoceno temprano, afectando a series de pizarras negras y fosfatos sinsedimentarios del Silúrico. La circulación de estos fluidos ácidos en niveles más profundos del perfil generó mineralizaciones similares en vetas supergénicas compuestas por fosfatos secundarios (p. ej., variscita, perhamita, crandallita, fosfosiderita) y sulfatos (p. ej., jarosita, alunita). En este estudio se ha descrito que esta mineralización supergénica está significativamente enriquecida en ciertos elementos críticos (p. ej., galio, elementos de las tierras raras, indio, cobalto y antimonio) que se movilizaron a partir de los componentes de la roca y luego se hospedaron en la estructura cristalina de los minerales supergénicos. Los procesos de meteorización y el correspondiente enriquecimiento supergénico de elementos críticos en el depósito de Gavà podrían utilizarse como ejemplo para determinar las pautas de exploración de elementos críticos en los perfiles de meteorización y los fosfatos supergénicos asociados en todo el mundo.

Con el propósito de esclarecer las causas de las diferentes coloraciones de la variscita de Gavà, que pueden variar del verde musgo al verde oliva, e incluso, al verde blanquecino, se elaboró un estudio tridimensional de la distribución de las fases minerales para determinar los parámetros implicados en los colores de la variscita. Los métodos comprenden colorimetría cuantitativa, petrografía de lámina delgada en luz transmitida y reflejada, SEM-EDS, microsonda electrónica (EMPA), difracción de polvo de rayos X (XRD) y espectroscopía Raman y Mössbauer. La distribución de estos valores en las minas indica que el color no depende directamente de la profundidad. Aunque la variscita de Gavà es pobre en cromo III y vanadio III, en comparación con la variscita gema de otras localidades, las muestras de color verde intenso contienen los valores más altos de cromo III. En el caso de mezclas criptocristalinas con jarosita, fosfosiderita o goethita, la variscita tiende a adquirir una tonalidad marrón verdosa a olivácea. Si en las mezclas intervienen minerales blancos, como cuarzo, candita, crandallita o alunita, los colores de la variscita y la turquesa se vuelven más pálidos.

[eng] The town of Gavà (Catalonia) has been historically rich in mineral resources, which have been exploited for 6,000 years. Iron ores were mined during the Iberian, the Roman, the Middle Ages, and even the industrial periods (19th and 20th century) and variscite (a green-coloured aluminium phosphate) was intensively mined during the Neolithic age.

Geologically, the Gavà iron mineralization were developed in two different stages. Firstly, the circulation of low-temperature hydrothermal fluids produced the ankerization of the Devonian limestones series. In the second stage, these carbonates were altered by fluids of supergenic origin during the Pliocene and Quaternary period, forming deposits of goethite and hematite. The mineralization style depends to a large extent on the characteristics of the supersesed protolith, leading to the definition of three types of mineralization: (1) the supergene replacement of massive Pridolian ankeritized limestones; (2) the replacement of ankeritized limestone alternations, with Lockovian shales containing disseminated pyrite; (3) the replacement of complex protoliths, with simultaneous carbonate alteration overridden by sulphide-rich shales and phosphate levels. The latter are the largest and graded mineralization in the region.

As to the Gavà Neolithic Mining Complex, mined for the benefit of variscite, there are two distinct mining areas: Can Tintorer, which comprises the present-day Gavà Mines Archaeological Park (PAMiG), and Les Ferreres. This set of mines is one of the oldest known mining complexes in Europe, and the earliest example of applying complex geological and mining concepts. In this mines, manly variscite, but also turquoise, were exploited to make ornament. Recently, it has been possible to verify that some wells and exploration tunnels were dug to obtain other greenish minerals with a similar ap- pearance. This minerals have been characterized as smectite or candita group phases.

In Les Ferreres area the exploitations are simple, showing a single entrance to simple galleries or ramps that reach less than 5 m in depth and are excavated directly in phosphate outcrops.

In contrast, in the Can Tintorer area, the presence of abundant subvertical veins of variscite allowed a complex development of galleries at different exploitation levels. This galleries are connected by shafts and ramps, reaching a depth of 15 m. The exploitation used by the Neolithic miners consisted of ascending and descending enhancement; although they also used pillars and fill from elder workings to prevent mine collapse. Likewise, perhaps to promote the stability of the galleries, some wells were dug directly into the unconformable hard Quaternary calcrete. This could reveal that the miners intuited the existence of mineralization below the calcrete cover.

The variscite from the Can Tintorer area replaces (1) fluorapatite levels intercalated with weathered black shales from the Silurian series, (2) or veinlets that cut these materials. This assemblage is locally covered by discordant Quaternary calcrete. Variscite, as other phosphates and sulphates found in Gavà, was formed by the action of acidic and oxidizing meteoric fluids. This fluid generated intense

weathering during the early Pleistocene, affecting series of black shales and synsedimentary phosphates from the Silurian period. The circulation of acidic fluids in the deeper profile area generated similar mineralization in supergene veins composed of secondary phosphates (e.g., variscite, perhamite, crandallite, phosphosiderite) and sulphates (e.g., jarosite, alunite). This supergene mineralization has been described, in this study, to be significantly enriched in certain critical elements (eg, gallium, rare-earth element, indium, cobalt, and antimony) that were mobilized from rock components and then hosted in the crystal structure of supergene minerals. Weathering processes and the corresponding supergene enrichment of critical elements in the Gavà deposit could be used as an example to determine critical elements exploration patterns in weathering profiles. It could be also useful as associated supergene phosphates around the world.

Gavà variscite colours can vary from moss green to olive green, and even whitish green. With the aim of clarifying the causes of this different colours, a 3-D study of the distribution of mineral phases were carried out to determine the parameters involved on. Methods comprise quantitative colourimetry, thin section petrography, SEM-EDS, EMPA, XRD, Raman spectroscopy and Mössbauer spectroscopy. The distribution values in the mines indicates that colour is not directly dependent on depth. Although, variscite from Gavà is poor in chromium III and vanadium III, compared with gemmy variscite from other localities, the deep green samples content the highest values of chromium III. In the case of cryptocrystalline mixtures with jarosite, phosphosiderite or goethite, variscite tends to acquire a greenish brown to olivaceous hue. If white minerals as quartz, kandite, crandallite or alunite are involved in the mixtures, variscite and turquoise colours become paler.