Complejo Ígneo de Bushveld

El Complejo Ígneo de Bushveld abarca una zona con forma de pera en el centro de Transvaal . Está dividido en un lóbulo oriental y otro occidental, con una extensión adicional hacia el norte.

Las tres secciones del sistema se formaron casi al mismo tiempo, hace unos 2.000 millones de años, y son sorprendentemente similares. Grandes cantidades de roca fundida del manto terrestre fueron llevadas a la superficie a través de largas grietas verticales en la corteza terrestre —enormes intrusiones lopolíticas diferenciadas y arqueadas— creando la intrusión geológica conocida como el Complejo Ígneo de Bushveld.

Se cree que estas intrusiones son anteriores al cercano impacto de Vredefort, al sur, en unos 30 millones de años. ^{[ 13 ]} Los efectos de estas inyecciones de roca fundida a lo largo del tiempo, combinados con la cristalización de diferentes minerales a distintas temperaturas, dieron como resultado la formación de una estructura similar a un pastel estratificado compuesto por distintos estratos rocosos, incluyendo tres capas con metales del grupo del platino (MGP), denominadas arrecifes. Grandes porciones del área central están cubiertas por rocas más jóvenes.

Las extrusiones se emplazaron sobre un dique diabásico primitivo, cuyos afloramientos son visibles en el lado sureste del Complejo. Estas extrusiones suelen ser de color verdoso y están compuestas de clinopiroxeno , alterado a hornblenda y plagioclasa , y se consideran la fase más temprana del Complejo.

El complejo incluye intrusiones máficas estratificadas (la Suite Estratificada de Rustenburg) y una fase félsica . Su centro geográfico se ubica al norte de Pretoria , en Sudáfrica , aproximadamente a 25° S y 29° E. Abarca más de 66 000 km² (25 000 ^millas cuadradas ) , una superficie equivalente a la de Irlanda .   

El complejo varía en espesor, alcanzando en algunos lugares los 9 kilómetros (5,6 millas) de grosor. Las litologías varían desde peridotita , cromitita , harzburgita y bronzitita ultramáficas en las secciones inferiores hasta norita , anortosita y gabro máficos hacia la parte superior, y a la Suite Estratificada de Rustenburg, de composición máfica , le sigue una fase félsica (la Suite Granítica de Lebowa ). 

Los yacimientos dentro del complejo incluyen el filón UG2 (Grupo Superior 2), que contiene hasta un 43,5 % de cromita , y los horizontes portadores de platino Merensky Reef y Platreef . El filón Merensky tiene un espesor que varía entre 30 y 90 cm. Se trata de una norita con extensas capas o zonas de  cromitita y sulfuros que contienen el mineral.

El yacimiento contiene un promedio de 10 ppm de metales del grupo del platino en pirrotita , pentlandita y pirita , así como en minerales y aleaciones raras del grupo del platino . Los yacimientos de Merensky y UG2 contienen aproximadamente el 90 % de las reservas mundiales conocidas de metales del grupo del platino. Alrededor del 80 % del platino y el 20 % del paladio extraídos anualmente provienen de estos horizontes.

Los mecanismos de formación de las vetas de cromitita en el Complejo Ígneo de Bushveld son objeto de intenso debate: se han propuesto numerosos mecanismos. A continuación, se presenta una lista no exhaustiva de los procesos de formación de la cromitita.

• Los cambios en las propiedades químicas y físicas provocan que el magma se concentre en cromita. Cuando esto sucede, el liquidus se libera de cualquier otra fase. Por lo tanto, la cromita es el único mineral que cristaliza en el fundido, acumulándose así en capas monominerales en el fondo de la cámara magmática. ^{[ 14 ]}
• Aumento de la presión total del sistema, fugacidad de oxígeno y sílice alfa. ^{[ 14 ]}
• Uno de los mecanismos más aceptados fue propuesto por Irvine: se sugiere que las cromititas pudieron haberse formado cuando un magma químicamente primitivo se introdujo en una cámara existente para mezclarse con un magma diferenciado. ^{[ 14 ] [ 15 ]}
• Sedimentación y separación controladas por gravedad y tamaño de granos de cromita (que coexisten con olivino y OPX) dentro de suspensiones ricas en cristales ^{[ 14 ].}
• La mezcla de magma residente y fundidos graníticos derivados de rocas de caja fusibles ^{[ 15 ]}
• Mezcla de magma ultramáfico de intrusiones estratificadas, con magma parental de anortositas ^{[ 15 ]}
• Deformación de la cámara magmática, nucleación, ascenso y expansión de burbujas de gas o emplazamiento de un nuevo pulso de magma que aumenta las condiciones de presión total. ^{[ 15 ]}
• Un aumento en la fugacidad de oxígeno del magma dentro de la cámara posiblemente debido a la liberación de presión de gas, difusión diferencial de hidrógeno o pérdida de gases por difusión. ^{[ 15 ]}
• Absorción de agua por el magma ^{[ 15 ]}

Se ha propuesto el origen de al menos tres procesos diferentes utilizados para modelar la mineralización de PGE en la zona:

• Recolección por líquidos de sulfuro, debido a la afinidad de los PGE por un fundido de sulfuro ^{[ 16 ].}
• Cristalizado directamente a partir de un magma de silicato, ^{[ 16 ]} y luego recolectado por minerales de óxido ^{[ 17 ] [ 18 ].}
• Concentración por fluidos hidrotermales y/o hidromagmáticos ^{[ 16 ]}

El Complejo Ígneo de Bushveld es una intrusión máfica estratificada (LMI) con cuerpos de mineral bien definidos de capas de cromitita estratiformes concentradas en la llamada Zona Crítica; estos se denominan arrecifes . Los tres principales depósitos de arrecife son el arrecife Merensky , el arrecife UG2 y el arrecife Platreef. Estos arrecifes son en su mayoría capas de cromita continuas a discontinuas con cantidades de mineralización de PGE. Las rocas superficiales están expuestas como lóbulos o flancos separados (los principales son los flancos oriental, occidental y septentrional) abarcan un área de aproximadamente 66 000  km² . Esta gran provincia ígnea comprende las tres principales series ígneas ^: la Serie Granítica de Lebowa (grandes intrusiones graníticas de tipo A), la Serie Estratificada de Rustenburg (secuencia acumulativa máfica-ultramáfica estratificada de aproximadamente 8  km de espesor) y la Serie Granófira de Rashoop (rocas granofíricas). ^{[ 20 ]} Estas se exponen como secuencias estratificadas de intrusiones laminares que se subdividen comúnmente en cinco zonas principales (de abajo hacia arriba): Marginal, Inferior, Crítica, Principal y Superior. Estas se pueden observar en secuencia dentro de los lóbulos mencionados. En cuanto al área central, está dominada por granitos y otras rocas relacionadas.

Se observa una gran aureola de contacto metamórfica dentro del flanco norte, en el área de Potgietersrus . ^{[ 21 ]}

La estructura de impacto de Vredefort es anterior a la intrusión de BIC y se ha demostrado que probablemente no está relacionada con la mineralización de BIC. ^{[ 22 ]}

El arrecife de Merensky se puede subdividir en cinco capas (de abajo hacia arriba): ^{[ 16 ]}

• Anortosita moteada (Mer-Ano) : anortosita de color claro en la base de las capas de cromita suprayacentes, con bandas oscuras de oikocristales de piroxeno. Esta capa presenta una proporción mucho mayor de minerales de Pd/Pt (~20:2) y contiene sulfuros pobres en Fe, como calcopirita, pentlandita y pirrotita, con pequeñas cantidades de galena y esfalerita.
• Cromitita inferior (Mer-ChL) : capa de color oscuro de cromita subhedral a anhedral con tamaños de grano variables de 0,5 a 2  mm de diámetro, encerrada por plagioclasa (algunos relictos observados dentro de feldespato poiquilítico con tamaños comparables a la capa base de anortosita) y oikocristales de ortopiroxeno. Esta capa termina en un contacto de muro inferior nítido. En términos de mineralización, contiene cantidades menores (aprox. 0,7%) de pentlandita granular, calcopirita, pirrotita y pirita. La mineralización de PGE está dominada por sulfuros de Pt y otros minerales de Pt con cantidades menores de minerales de Pd, lo que resulta en una alta relación Pt/Pd (aprox. 106:4).
• Cromitita superior (Mer-ChU) : similar a la capa de cromitita inferior, pero los granos de cromita son más finos (de 0,2 a 4  mm) y están más densamente empaquetados. Predominan los minerales de platino sobre los de paladio, con pequeñas cantidades de sulfuros ricos en cobre y níquel (calcopirita, pentlandita y pirrotita en menor proporción).
• Pegmatita de Merensky (Mer-Peg) : una capa verde-marrón de melanorita de grano grueso a pegmatítica de aproximadamente 2,4 a 2,8  cm de espesor. Contiene parches vulcanizados de plagioclasa intercúmulo con piroxenita meso- a adcumulada con algunos granos de ortopiroxeno que alcanzan tamaños de hasta 5  cm. Los granos de cromita son casi inexistentes, con cantidades menores cerca del contacto superior de la cromitita. La mineralización de sulfuros es nuevamente menor a c. 0,7% de los minerales y está dominada por sulfuros ricos en Fe (más pirrotita con respecto a pentlandita y calcopirita). Hay menores cantidades de PGM en comparación con las cromititas.
• Melanorita de Merensky (Mer-Nor) : Similar a la capa anterior, pero se trata de una melanorita ortocumulada de grano más fino (medio) con un 1,6 % de mineralización de sulfuros dominantes en hierro, diseminada e intergranular a granular (pirrotita con algo de pentlandita y calcopirita). Es más rica en calcopirita, pero se presenta en granos más pequeños (<  1,5  mm) que los encontrados en la pegmatita. Contiene cuarzo intercumular, minerales con elementos de tierras raras y simplectitas de albita-anortita-ortoclasa.

Piroxenita UG2 ( Arrecife): La roca huésped de las cromititas UG2 está dominada por ortopiroxeno granular, plagioclasa intersticial y clinopiroxeno con cantidades variables menores de minerales accesorios como flogopita. Las cromititas UG2 están sustentadas por una pared inferior de piroxenita que es distinta de la piroxenita de la pared superior.  Los granos de cromita subhedrales a subredondeados (de menos de 0,5 mm de tamaño) son una fase menor (aprox. 4 %) pero constante que está incrustada con ortopiroxeno (y otras fases intersticiales como las mencionadas) en toda esta piroxenita de la pared inferior. Se observan grandes oikocristales en los afloramientos y en las paredes de la mina. ^{[ 14 ]}

El Platreef : esta estructura de arrecife está dividida en tres secciones: ^{[ 16 ]}

• El arrecife inferior está compuesto por noritas y piroxenitas feldespáticas que han sido recristalizadas y superpuestas. Esta capa presenta abundantes xenolitos de roca encajante, especialmente cerca de su base.
• El arrecife central o medio está compuesto de peridotita ígnea y rocas máficas recristalizadas de "textura variada" con xenolitos metasedimentarios.
• El arrecife superior está compuesto principalmente de plagioclasa-piroxenita y norita, que gradualmente se transforma en norita y gabronorita hacia el contacto con la Zona Principal (ver unidades). Hay xenolitos, pero se trata de cromitita brechada relativamente escasa dentro de la piroxenita feldespática cerca de la parte superior del arrecife .

El BIC contiene varias zonas de cizallamiento , algunas se encuentran dentro de fallas conocidas , las más importantes de las cuales son la Zona de Cizallamiento de Jagersfontein (JSZ), la Zona de Cizallamiento de Klerksdorp (KSZ), la Zona de Cizallamiento de Potgietersrus (PSZ), el Lineamiento de Thabazimbi -Murchison (TML), la Zona de Cizallamiento de Brits (BSZ), la Zona de Cizallamiento del Río Olifants (ORSZ) y la Zona de Cizallamiento de Steelpoort (SSZ).

Estas estructuras de cizallamiento controlan varios factores y tienen importantes implicaciones geológicas dentro del Complejo Ígneo de Bushveld, incluyendo estructurales, mineralógicas , tectónicas , metamórficas y económicas . Algunos controles estructurales incluyen la dirección y el flujo del magma y las intrusiones , trampas estructurales para la mineralización y la evolución estructural del complejo. La mineralización controla los Elementos del Grupo del Platino (EGP) y los Metales del Grupo del Platino (MGP), los concentrados de cromo , cobre , níquel , oro y vanadio , la formación y orientación de los arrecifes , y afecta el tipo de mineralización, por ejemplo, depósitos magmáticos e hidrotermales . ^{[ 23 ] [ 24 ]} Los controles y efectos tectónicos pueden verse o indicarse por el engrosamiento y adelgazamiento estratigráfico y cortical , el registro de la actividad tectónica por tipo de estructura como colisión y rifting , y la influencia en la evolución del BIC. Los controles metamórficos son metamorfismo y alteración localizados en zonas de cizalla, afectan la formación y estabilidad de los minerales y pueden mostrar evidencia de trayectorias de presión - temperatura - tiempo (PTT). ^{[ 25 ]} Los controles económicos incluyen depósitos minerales , ayudan a orientar la minería y la exploración, así como la estimación y extracción de recursos y reservas.

Los estudios de viabilidad minera han identificado impactos en aguas superficiales , subterráneas , humedales , flora , fauna y problemas sociales relacionados. Además, estos impactos incluyen un mayor drenaje de sales y sedimentos a través de canales y arroyos cerca de los sitios mineros. Se ha producido una mayor generación de polvo efímero que contamina el aire y el agua; la escorrentía de aguas superficiales está provocando una disminución en la recarga de agua para los usuarios aguas abajo, posiblemente la pérdida de ciertas especies vulnerables de flora y fauna, compactación del suelo y erosión de la tierra; la contaminación y el deterioro de la calidad de las aguas superficiales y subterráneas se deben a filtraciones de depósitos de escombros, pilas de almacenamiento, derrames de gas, etc. Las actividades mineras que hacen un gran uso del agua podrían potencialmente provocar el agotamiento de los acuíferos locales. Además, los impactos de la actividad de construcción, como la remoción de tierras naturales y el ruido de la maquinaria y los vehículos, pueden alterar los ecosistemas circundantes . ^{[ 34 ]}

Dependiendo de los métodos de beneficio y concentración, existen diferentes impactos plausibles, como la escorrentía ácida por lixiviación y lodos metálicos . ^{[ 36 ]} Se ha demostrado que el cromo hexavalente de los residuos mineros es altamente tóxico. ^{[ 29 ]}

Un estudio ha demostrado que hasta el 5% de la producción mundial total de PGE se pierde y se emite como polvo que entra en el ciclo biogeoquímico global . ^{[ 9 ]} Las ciudades cercanas han mostrado niveles elevados de platino en el suelo, la atmósfera y la vegetación. Dado que algunas de las actividades de producción de alimentos se ubican cerca de estas áreas, la principal preocupación es que la población local (varias ciudades y pueblos, incluyendo Rustenburg con más de 500 000 habitantes ^{[ 37 ]} ) finalmente estará expuesta a los contaminantes ya sea por contacto con la piel, ingesta dietética o inhalación. ^{[ 38 ]} Se ha demostrado que los PGE como el platino, el paladio y el rodio se bioacumulan en forma de cloruro de PGE en el hígado, los riñones, los huesos y los pulmones. La ingesta generalmente es a través de polvo metálico u óxido que se inhala o se absorbe a través de la piel causando dermatitis de contacto , a largo plazo causando sensibilización y eventualmente puede conducir a cánceres. ^{[ 39 ]} Un estudio de enero de 2013 mostró una tendencia creciente en el desarrollo de silicosis causada por polvo de sílice y fibras de asbesto relacionadas con los trabajadores mineros en el complejo ígneo de Bushveld. ^{[ 40 ]} De manera similar, otro estudio encontró altas concentraciones de partículas de polvo de PGE microscópicas (<63 μm) en suspensión cerca de las zonas mineras. Se encontró que estas se transportan por la escorrentía superficial y atmosférica, y luego se concentran aún más en suelos y ríos como el río Hex , que desemboca directamente en Rustenburg, el municipio más poblado de la provincia Noroeste de Sudáfrica. ^{[ 8 ]}

Un estudio de Maboeta et al. en 2006 reveló, mediante análisis químico, que el suelo de una instalación de disposición de relaves presentaba niveles más altos de C, N, NH₄ _y K en comparación con otros sitios de muestreo generales. La diferencia se atribuyó a los regímenes de rehabilitación implementados, que redujeron la abundancia de estos nutrientes microbianos y bacterianos . ^{[ 41 ]}

Las operaciones mineras en general consumen mucha energía y agua, y generan gran cantidad de roca estéril, residuos y gases de efecto invernadero. Un estudio ha demostrado que la minería de metales del grupo del platino (MGP) tiene un impacto significativo en el medio ambiente global. Los costos ambientales de las minas de platino son solo ligeramente superiores en energía, algo inferiores en agua y moderadamente superiores en emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con la minería de oro. ^{[ 42 ]}

La economía de Sudáfrica está fuertemente ligada a su industria minera y se ha visto gravemente afectada por los bajos precios de los metales. Las empresas mineras se han visto obligadas a recortar gastos reduciendo la producción, cerrando minas, vendiendo proyectos y disminuyendo la plantilla. Los mineros suelen declararse en huelga exigiendo el salario mínimo, y las minas siguen incumpliendo las normas de seguridad y enfrentando conflictos laborales. Un estudio de investigación realizado en 2016 por eunomix reveló que Rustenburg, una de las ciudades de mayor crecimiento en Sudáfrica, presenta una concentración anormalmente alta de hombres jóvenes separados de sus familias debido al sistema de trabajo migrante. La población enfrenta la falta de educación, altos índices de delincuencia y problemas de salud en la fuerza laboral. Además, se enfrentan a altos niveles de pobreza, déficits gubernamentales y una fuerte dependencia de la industria minera del platino, responsable de más del 65% del PIB local y del 50% de todos los empleos directos (más de 70.000 empleos). La oferta de alojamiento y vivienda es deficiente y las empresas mineras han realizado escasos o nulos esfuerzos para mejorarla. Entre 2013 y 2016, las empresas de platino aportaron más de 370 millones de rands sudafricanos a la ciudad, financiando infraestructura local, centros de abastecimiento y tratamiento de agua, programas deportivos, turismo, ampliación de vías públicas, plantas de tratamiento de aguas residuales y actividades culturales. La principal preocupación radica en la combinación de altos índices de pobreza e injusticia social. ^{[ 43 ]}

Ha habido más de 30 explotaciones mineras individuales, dedicadas principalmente a la extracción de metales del grupo del platino (MGP), algo de cromo, estaño y otros minerales (la mayoría subterráneas, pocas a cielo abierto). A continuación se muestra una lista no exhaustiva:

• Lóbulo occidental : Rustenburg, Impala, Bafokeng Rasimone , ^{[ 44 ]} Union, ^{[ 45 ] [ 46 ]} Amandelbult ^{[ 47 ]} (compuesto por Tumela y Dishaba ^{[ 48 ]} ), Northam , Hartebeestpoort , Styldrift , Elandsfontein, ^{[ 49 ]} Crocodile River, ^{[ 50 ]} Thaba , Mina Vametco , Pandora, ^{[ 51 ]} Lonmin, Marikana. ^{[ 52 ]} Kroondal , ^{[ 53 ] [ 54 ]} Mina de estaño Rooiberg , Leeuwpoort, ^{[ 55 ]} Pilanesberg, ^{[ 56 ]} 2008 Perspectivas: Frishgewaagd Ledig, Leeuwkop ^{[ 57 ]}
• Lóbulo oriental : Lebowa/Bokoni , Twickenham , Marula , ^{[ 56 ]} Modikwa , Smokey Hills, ^{[ 56 ]} Two Rivers, ^{[ 56 ]} Mototolo , Everest, ^{[ 56 ]} Limpopo y Mogalakwena (Potgietersrus) , ^{[ 58 ]} Maandagshoek , Middelpunt Hill , Blue Ridge, ^{[ 56 ]} 2008 Perspectivas: Ga-Phasha, ^{[ 59 ]} Kennedy's Vale, Sheba's Ridge y Booysendal ^{[ 60 ]}

Los tres cuerpos de mineral más grandes son el Arrecife Merensky , el Arrecife de Cromitita UG2 y el Arrecife Platreef : ^{[ 20 ]}

• El filón de Merensky es una capa de piroxenita predominantemente rica en sulfuros que se explota tanto en los flancos oriental como occidental del Complejo de Bushveld y que no solo suministra la mayor parte de los EGP del mundo, sino también cantidades notables de cobre, níquel, cobalto y oro como subproductos. ^{[ 56 ]}
• El filón de cromita UG2 , conocido como Grupo Superior 2 del filón UG2 , es una capa rica en cromita que carece de minerales sulfurados. En su conjunto, es posiblemente uno de los mayores recursos en términos de elementos del grupo del platino, mayor que el filón Merensky suprayacente, y se explota tanto en el flanco oriental como en el occidental. ^{[ 56 ]}
• El yacimiento de Platreef es el tercer depósito de PGE más grande del mundo (después de los filones UG2 y Merensky). El cuerpo mineralizado está compuesto por tres horizontes ampliamente mineralizados en lugar de un filo bien definido. ^{[ 56 ]}

* Tabla modificada de USGS , 2010. ^{[ 20 ]}

La mayor parte del inventario mineral identificado proviene de los tres filones descritos; la mayor parte se encuentra en el flanco oriental, pero la mayoría de las reservas se encuentran en el flanco occidental. ^{[ 20 ]}