GEOLOGÍA FÍSICA Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín 2013

1. GEOLOGÍA FÍSICA Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín 2013

2. Energía y recursos minerales • Generalidades • Recursos energéticos • Recursos minerales metálicos • Recursos minerales no metálicos • Prospección, exploración y explotación • Recursos y tectónica de placas • Explotación de recursos minerales y energéticos en Colombia

3. Generalidades Recursos minerales: materia prima de múltiples productos, base de la civilización, ningún país es autosuficiente... Consumo de cemento: indicador del grado de desarrollo de un país Renovables: se recuperan en tiempos relativamente cortos (meses, años, décadas)‏ Energía hidroeléctrica, eólica, solar, ... No renovables: se forma a tasas muy lentas (millones de años), por lo que no se recuperan a escalas humanas Combustibles, metales (reciclables), aguas subterráneas, ...

4. Recursos energéticos Carbón, petróleo y gas natural (combustibles fósiles) como fuente de energía Recursos no renovables - Carbón: combustible fósil más abundante. Energía solar almacenada por las plantas hace millones de años. Genera problemas ambientales: Proviene de minería de gran escala (a cielo abierto o subterránea)‏ Su combustión favorece el desarrollo de lluvia ácida al contener pequeñas cantidades de S Su combustión produce aumentos de CO2 atmosférico (gas de efecto invernadero)

5. Recursos energéticos • Carbón: Turba – Lignito – C. Bituminoso – Antracita Los mantos de carbón ocurren en grupos Su formación incluye: Acumulación de materia vegetal parcialmente alterada en ambientes pantanosos (reductores, no oxidantes) Enterramiento y compactación. La ausencia de oxígeno impide la descomposición de la materia orgánica Descomposición anaeróbica por las bacterias (liberan oxígeno e hidrógeno) Pérdida de materia volátil y agua por reacciones químicas (enterramiento), enriquecimiento en carbono fijo y aumento de la capacidad energética

6. Recursos energéticos - Carbón Minas de carbón en Guajira y Cesar: A cielo abierto. Las más grandes del mundo, > 30E6 toneladas/año

7. Recursos energéticos • Petróleo y gas natural: compuestos orgánicos (hidrocarburos + S, N, O, ...) que proceden de restos de plantas y animales en ambientes marinos Normalmente aparecen juntos en los yacimientos Su formación incluye: - Acumulación de sedimentos ricos en restos de plantas y animales en ambientes reductores que impidan su descomposición - Reacciones químicas (T) que transforman gradualmente la materia orgánica en hidrocarburos líquidos y gaseosos (móviles)‏ - Migración de los hidrocarburos, hacia zonas de acumulación (trampas) o hacia la superficie (se pierden...)‏

8. Recursos energéticos • Petróleo y gas natural

9. Recursos energéticos • Petróleo y gas natural

10. Recursos energéticos • Petróleo y gas natural: Trampas: lutitas (o rocas poco porosas y permeables)‏ Roca almacén: areniscas (o rocas porosas y permeables), generalmente cenozoicas (entre más antiguas es más probable que hayan experimentado deformación y/o erosión)‏

11. Recursos energéticos • Arenas asfálticas y lutitas bituminosas: mezcla de arcillas, arenas, agua y bitumen (alquitrán), el petróleo es muy denso y no puede bombearse, deben explotarse en estado sólido • Efectos ambientales de la quema de combustibles fósiles: Aumento de la concentración de CO2 atmosférico, produce efecto invernadero (se agrava con la deforestación y el cambio de uso del suelo)‏

12. Recursos energéticos - Efectos ambientales de la quema de combustibles fósiles

13. Recursos energéticos - Efectos ambientales de la quema de combustibles fósiles

14. Recursos energéticos - Efectos ambientales de la quema de combustibles fósiles Colombia: 64 Mton/año

15. Recursos energéticos Fuentes de energía alternativas • Energía nuclear: aprovecha el calor generado por la descomposición radiactiva controlada de algunos elementos para generar vapor de agua y hacer girar turbinas • Energía solar • Energía eólica • Energía hidroeléctica: aprovecha caídas de agua para hacer girar turbinas La sedimentación (colmatación) en los embalses reduce su vida útil • Energía geotérmica: aprovecha depósitos subterráneos naturales de vapor y agua caliente • Energía mareal

16. Recursos minerales Conjunto de minerales útiles disponibles comercialmente. Incluyen: Reservas: yacimientos identificados de los que pueden extraerse provechosamente minerales + depósitos no recuperables desde el punto de vista económico o técnico Recursos: no descubiertos aún (existen potencialmente)‏ Mena: minerales metálicos útiles que pueden extraerse, con beneficio, de las minas. En muchos casos se requieren concentraciones muy elevadas de mineral para ser económicamente viables...

17. Recursos minerales Hay una relación estrecha entre la aparición de recursos minerales valiosos y el ciclo de las rocas... Enriquecimiento • Recursos minerales y procesos ígneos Segregación magmática y cristalización fraccionada: producen separación de minerales pesados (cromita, magnetita, platino, níquel) y enriquecimiento del fluido residual en otros elementos (pegmatitas enriquecidas, Au, Ag, feldespatos, moscovita, cuarzo, esmeraldas)‏ Diamantes: formados a grandes profundidades (~200 km) y transportados hacia arriba por intrusiones de rocas ultramáficas denominadas kimberlitas

18. Recursos minerales Soluciones hidrotermales: fluidos calientes ricos en metales, fase tardía de los procesos ígneos. Usualmente cristalizan como sulfuros, luego de migrar a través de la roca encajante Filones: cristalizan en grietas (fracturas)‏ Diseminaciones: cristalizan en poros en la roca encajante

19. Recursos minerales - Recursos minerales y procesos metamórficos Usualmente asociado a procesos ígneos que originan metamorfismo Las aureolas metamórficas de contacto son zonas extensas de mineralizaciones útiles: granate, corindón,... esfalerita, galena, calcopirita, magnetita, bornita (sulfuros hidrotermales) El CO2 que sale de los minerales favorece la migración iónica y la actividad hidrotermal Talco y grafito (minerales industriales) se presentan en zonas de metamofirsmo regional

20. Recursos minerales • Recursos minerales y procesos sedimentarios La lixiviación (lavado) de algunos elementos y su concentración posterior crean depósitos importantes (enriquecimiento secundario) Óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio Arcillas Placeres: selección en función no sólo del tamaño de las partículas sino también en función de su peso específico. Concentración mecánica de minerales pesados en corrientes naturales: Au, Pt, diamantes, ...

21. Metal Menas Aparición geológica Aluminio Bauxita Residuo de la meteorización Cromo Cromita Segregación magmática Cobre Sulfuros Hidrotermal, metamorfismo de contacto, residuo de meteorización Oro Au nativo Hidrotermal, placeres Hierro (Hidr)óxidos Formaciones sedimentarias, segregación magmática, meteorización Plomo Galena Hidrotermal Magnesio Magnesita Dolomita Hidrotermal Manganeso Pirolusita Residuo de la meteorización Mercurio Cinabrio Hidrotermal Molibdeno Molibdenita Hidrotermal Níquel Pentlandita Segregación magmática Platino Pt nativo Segregación magmática, placeres Plata Ag nativa Argentita Hidrotermal, enriquecimiento por meteorización Estaño Casiterita Hidrotermal, placeres Titanio Ilmenita Rutilo Segregación magmática, placeres Wolframio Wolframita Pegmatitas, metamorfismo de contacto, placeres Uranio Uraninita Pegmatitas, depósitos sedimentarios Cinc Esfalerita Hidrotermal

22. Recursos minerales

23. Recursos industriales Minerales vitales para la mayoría de procesos industriales Su consumo es muy superior al de minerales metálicos (15:1) - Materiales de construcción: arenas, gravas, roca triturada, yeso (argamasa), arcilla (ladrillos), caliza + lutita (cemento) - Minerales industriales (fuente de elementos químicos, usados en la fabricación de productos químicos o con otros usos): potasio y fósforo (fertilizantes), azufre, sal, ...

24. Mineral Usos Aparición Apatito Fertilizantes Depósitos sedimentarios Asbestos (crisotilo) Fibras incombustibles Alteración metamórfica Calcita Agregados, acero, tratamiento de suelos, productos químicos, cemento, construcción Depósitos sedimentarios Arcillas (caolinita) Cerámica Residuo de meteorización Corindón Gemas, abrasivos Yacimientos metamórficos Diamante Gemas, abrasivos Kimberlitas, placeres Fluorita Acero, beneficio aluminio, vidrio, productos químicos Hidrotermal Granate Gemas, abrasivos Yacimientos metamórficos Grafito Lápices, lubricantes, refractarios Yacimientos metamórficos Yeso Argamasa (construcción)‏ Depósitos de evaporitas Halita Sal de mesa, productos químicos Evaporitas, domos de sal Moscovita Aislante eléctrico Pegmatitas Cuarzo Vidrio Intrusiones, sedimentario Azufre Productos químicos, fertilizantes Sedimentario, hidrotermal Silvina Fertilizantes Depósitos de evaporitas Talco Pinturas, cosméticos, papel Yacimientos metamórficos Recursos industriales

25. Prospección, exploración y explotación Sensores remotos: fotografías aéreas e imágenes satelitales Cartografía geológica Métodos geofísicos: gravimetría y magnetometría Muestreo y análisis geoquímicos Métodos geoeléctricos Métodos sísmicos Refracción (poco detalle, barato) Reflexión (detallado, costoso) Perforación – muestreo de núcleos y pozos

26. Prospección, exploración y explotación Factores económicos en minería Riqueza de la mena (tenor, g/ton) Cantidad de mena (reservas) Costo inicial del desarrollo minero Equipos, excavaciones, compra de derechos Costos de operación: salarios, impuestos, mantenimiento, utilidades, ... Precio del producto Fluctuaciones del precio...

27. Recursos y tectónica de placas MOR = dorsal mesooceánica, melange: mezcla heterogénea de rocas cartografiables como una sola unidad (origen tectónico), BIF: formaciones de hierro bandeadas

28. Explotación de recursos en Colombia Carbón Cuencas sedimentarias en la Guajira (44%), Cesar (48%), algunas zonas de los Santanderes (3%), Córdoba, Antioquia, Cauca, Boyacá y Cundinamarca (5%)‏ Principales empresas: Carbones del Cerrejón y Drummond 70% de la producción de América Latina, 1% de la producción mundial Producción anual de carbón en millones de toneladas

29. Explotación de recursos en Colombia Carbón

30. Explotación de recursos en Colombia Petróleo 3% de la producción de América Latina Reservas a 2005: 1.45E9 barriles de 42 galones, es decir, 8 años Principales empresas: Ecopetrol, BP, Occidental 2006: 192 millones 2007: 194 millones 2008: 213 millones

31. Explotación de recursos en Colombia Petróleo 3% de la producción de América Latina Reservas a 2005: 1.45E9 barriles de 42 galones, es decir, 8 años Principales empresas: Ecopetrol, BP, Occidental 2006: 192 millones 2007: 194 millones 2008: 213 millones Producción anual de petróleo en barriles por día

32. Explotación de recursos en Colombia Gas natural Plataformas en la Guajira (75% de la producción nacional)‏ Principales empresas: Chevron Texaco Colombia y Ecopetrol Producción anual de gas natural en metros cúbicos

33. Explotación de recursos en Colombia Oro Antioquia (68%), Chocó (7%), Bolívar (6%), Caldas (5%)‏ Principales empresas: Frontino Gold Mines, Grupo de Bullet, Mineros de Antioquia Producción anual de metales preciosos en millones de gramos 8% de la producción de América Latina, 1% de la producción mundial

34. Explotación de recursos en Colombia Plata Antioquia (61%), Caldas (27%), Bolívar (4%)‏ Producción anual de metales preciosos en millones de gramos

35. Explotación de recursos en Colombia Platino Único productor en América Latina. Chocó (~100%)‏ Producción anual de metales preciosos en millones de gramos

36. Explotación de recursos en Colombia Oro

37. Explotación de recursos en Colombia Plata

38. Explotación de recursos en Colombia Platino

39. Explotación de recursos en Colombia Ferroníquel (lateritas)‏ 51% de la producción de América Latina, segundo productor mundial. Cerromatoso SA, Montelíbano, Córdoba (100%)‏ Producción anual de ferroníquel en millones de libras Reservas estimadas en 61 millones de toneladas con 1.67% de FeNi, es decir, 20 años con la producción actual

40. Explotación de recursos en Colombia Cemento Cuarto productor en América Latina (después de Brasil, México y Venezuela) Principales empresas: Argos (50%), CEMEX (30%)‏ 2007, 2008: 9.2 millones

41. Explotación de recursos en Colombia Esmeraldas Primer productor mundial. Boyacá (~100%). MINERALCO S.A. Producción anual de esmeraldas en millones de quilates

42. Explotación de recursos en Colombia Esmeraldas

43. Explotación de recursos en Colombia Sal (En roca y marina) En 2002 se pasó de importador neto a exportador neto

44. Explotación de recursos en Colombia Otros minerales importantes Cobre: 1300 ton/año. Mina El Roble (Chocó)‏ Hierro: 500000 ton/año. Acerías Paz del Río (Boyacá)‏ Arcillas: 17000 ton/año. Cerámicas del Valle Feldespato: 100000 ton/año Yeso: 700000 ton/año Roca fosfatada: 43000 ton/año. Fosfatos de Colombia, ... Arena: 925000 ton/año Mármol: 190000 ton/año Azufre: 80000 ton/año. Industrias Puracé y Ecopetrol Talco: 15000 ton/año

45. Explotación de recursos en Colombia