Espeleotemas y depósitos de Jacobsita en la Cueva de Aixa

Descubrimiento de Espeleotemas y Depósitos estratificados de Jacobsita en la Cueva de Aixa, Guipuzcoa.

La Cueva de Aixa (= Aixako zuloa, nº CEG 1083) se localiza en la parte N del macizo kárstico de Izarraitz (Gipuzkoa, País Vasco) y es una de las más extensas de la región, con 8 km de desarrollo de galerías y -167 m de desnivel. Posee un río subterráneo con varias simas internas en su recorrido.

La cavidad se desarrolla en calizas recifales del llamado complejo Urgoniano (de edad Cretácico temprano, Aptiense-Albiense), las cuales están parcialmente recubiertas por una sucesión flyschoide de areniscas, margas y lutitas del complejo Supraurgoniano (de edad Cretácico tardío). Estos materiales impermeables limitan por el N y W y recubren a techo a las calizas recifales. La cueva se abre en el fondo de una gran dolina y es el sumidero del drenaje local, el cual en parte procede de los terrenos impermeables.

La cueva ha experimentado una larga evolución policíclica, a lo largo de los últimos millones de años, con fases sucesivas de excavación y relleno, que acompañaron el progresivo hundimiento del drenaje subterráneo hasta su posición actual. Algunas galerías, hoy fósiles, son antiguos conductos que estuvieron casi completamente colmatados por rellenos de sedimentos detríticos y químiolitogénicos (= espeleotemas). La re-excavación de los mismos ha dejado testigos que muestran que estos depósitos fueron sellados en su última fase de relleno por capas estalagmíticas estratificadas, con diversos minerales secundarios. Entre ellos lechos milimétricos alternativamente blancos y negros, compuestos respectivamente de calcita y minerales ricos en óxidos de manganeso, con intercalaciones menores de materiales arcillosos. Son estas series las que estudiamos en el presente trabajo.

Adicionalmente, en algunas partes de este sector de la cavidad hay estalactitas y columnas en capas concéntricas con oxihidróxidos de Fe, Mn, calcita y arcillas, en activo crecimiento.

Debido a que los óxidos de Mn presentan dos estados de valencia (+3, +4), la variedad de fases minerales oxidadas de Mn es mayor que la de fases oxidadas de Fe, que sólo presenta el estado +3. También es distinto el comportamiento de sus partículas coloidales, las cuales en el caso del Mn tienen una carga negativa neta, por lo que pueden admitir muy diversos cationes en su estructura. En los dos casos también ocurren fases hidratadas, con formación de oxi-hidróxidos y fases minerales complejas. Por ello, aunque los componentes químicos de estas fases y asociaciones son ampliamente comunes, en ocasiones dan lugar a especies minerales inusuales, como las que hemos hallado en Aixa y que serán descritas en este trabajo.

La presencia de pátinas y coloraciones negras sobre la superficie de rocas y espeleotemas de calcita es relativamente frecuente en cuevas. Sin embargo, no es común el desarrollo de espeleotemas con niveles bien cristalizados de minerales de Mn (Hill & Forti, 1997; Gunn, 2003). Estudios geomicrobiológicos recientes han mostrado que muchos oxi-hidróxidos de Mn en cuevas tienen un origen biogénico, mediado de manera directa o inducida por la actividad de bacterias quimiosintéticas, las cuales consiguen la oxidación del Mn disuelto en las aguas y su precipitación junto a otros metales (Northup & Lavoie, 2001; Tebo et al, 2004). Pero también pueden formarse precipitados de oxi-hidróxidos de Mn, con contenidos variables de Al, Si, Fe, y diversos metales, sin participación biológica (Northup et al, 2000). La presencia de microestructuras suele ser en estos casos un indicador de si ha intervenido o no la presencia de microorganismos en su génesis. Aspecto que también será discutido en el caso de Aixa.

Resultados obtenidos mediante espectroscopia por dispersión de energía (EDS)

Fueron analizadas por EDS muestras de las capas negras de la parte superior de una secuencia (de 50 cm de espesor) de depósitos estratificados, en capas milimétricas (de entre 2 y 15 mm de espesor c/u) alternativamente blancas y negras, bien cristalizadas, las cuales sellaban un relleno detrítico inferior de 1,5 m de espesor. El conjunto formaba un bloque colapsado durante el proceso de ampliación de una sala, quedando testigos de la misma serie colgados en la pared, y encontrándose otros similares en todo un conjunto de galerías próximas al punto de muestreo.

La localización de los sectores y puntos de muestreo son mostrados sobre el plano de la cueva.

Resultados obtenidos mediante difracción de rayos x (DRX)

Fueron analizadas por DRX dos muestras distintas, de la serie anterior. Una de ellas corresponde a la misma capa negra previamente analizada por EDS, y la otra, a una capa blanca contigua de la misma secuencia.

La base de datos del equipo DRX utilizado marcaba para las capas negras, en primer lugar, una alta coincidencia con la Iwakiita, con cantidades menores de calcita. La iwakiita es un óxido complejo de Mn y Fe, del grupo de la Hausmannita. Su fórmula química es: Mn2+ (Fe3+, Mn3+)2 O4. Está constituido por una combinación de MnO, Mn2O3 y Fe2O3. Cristaliza en el sistema tetragonal.

Su color es negro, con raya negra, brillo metálico, una densidad de 4.85 y una dureza de 6.25 en la escala de Mohs. Este es un mineral extraordinarimente raro en el mundo, descrito de la mina Gozaisho, en Iwaki (distrito de Fukushima, Japón) (Matsubara et al, 1979). Aparte de su localidad típica en Iwaki, sólo ha sido reportado de otras pocas localidades en el mundo, como minas en Suecia y Wales (Reino Unido). Adicionalmente, sólo posee la ficha DRX de los datos originales de 1979 en Japón. En su composición química, además de los óxidos de Mn y Fe (que representan el 97%), se encuentran pequeñas cantidades de SiO2, TiO2, Al2O3, MgO (que suman menos del 2%), y trazas de óxidos de Sr, Na y K. La bibliografía indica que primariamente se forma en eventos hidrotermales y metamórficos, lo que no encaja con su ocurrencia en Aixa.

Una revisión de las bases de datos DRX más recientes muestra que efectivamente se trata de un óxido de Mn y Fe, donde resaltan la Iwakiita y la Jacobsita como minerales más próximos. Ambos minerales tienen la misma fórmula química, pero mientras el primero cristaliza en el sistema tetragonal, el segundo lo hace en el cúbico, es decir, son dimorfos. Nominalmente la fórmula de ambos es Mn2+ (Fe3+)2 O4. Es decir el Mn en el sitio estructural de valencia 2 y el Fe en el sitio de valencia 3. Pero en realidad esos sitios pueden dar cabida a otros elementos, como por ejemplo para la Jacobsita: (Mn2+ , Fe2+ , Mg) (Fe3+, Mn3+)2 O4. La Jacobsita fue descrita de la localidad de Jakobsberg (Suecia), pero se encuentra en muchas otras localidades y dispone de varias fichas de DRX, con las que también hay alta coincidencia. Su color es negro, con raya negro-rojizo, brillo metálico, densidad 4.75 g/cm3, y dureza 6.

En diversos casos la Jacobsita tiene incluida Al, Ti, Zn, etc. y cada vez que esto ocurre, las posiciones de los picos DRX y sus intensidades varían. Los datos de los picos DRX de la muestra de Aixa no cuadran exactamente con los difractogramas conocidos para ambos minerales, pero, en forma cualitativa, las intensidades de los picos DRX coinciden más con los de la Jacobsita. Por consiguiente, de forma preliminar, identificamos el mineral de las capas negras como Jacobsita. En todo caso, sea Jacobsita o sea Iwakiita, estamos en presencia de un mineral nuevo para el ambiente de cuevas. Incluso, con la posibilidad potencial de constituir una variedad mineral nueva para ese mineral en el mundo.

Las capas negras contienen además cierto porcentaje de calcita (15% en peso de Ca). Por lo que caracterizamos los niveles negros como compuestos mayoritariamente por Jacobsita, con una cantidad menor de calcita. Las muestras vistas al microscopio binocular a 200 aumentos forman agregados de granos cristalinos, sólidos, de muy pequeño tamaño.

Las capas blancas están compuestas exclusivamente de calcita y sus superficies intercapas, un vez lavadas, muestran el aspecto típico de las superficies estalagmíticas. En macrofotografía se aprecia la intrusión de pequeñas venas de calcita en las capas negras, lo que podría explicar la presencia de calcita en las capas negras de jacobsita.

Para ver el trabajo completo en PDF ir a: http://www.cota0.com/wp-content/PDFS/jacobsita.pdf

Carlos Galán 1 ; Marian Nieto 1 & Carolina Vera Martín 1,2

1 Sociedad de Ciencias Aranzadi. Laboratorio de Bioespeleología.

2 Inasmet-Tecnalia. Departamento de Biomateriales y Nanotecnología.

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