Abstract

As a result of the Late Miocene skarn-type Fe mineralization at Mega Livadi on the Isle of Serifos, Greece, arsenical copper mineralization of hydrothermal origin formed in calcareous roof-rocks of a granodioritic intrusion. The hypogene mineralization, with pyrite, As-rich tennantite-group minerals and arsenopyrite, underwent strong alteration during the Pliocene and Quaternary by descending meteoric waters. We subdivide the geogenic and anthropogenic processes responsible for this alteration into five mineralizing stages, differing from each other by their element budget, Eh and pH. The supergene stages I to III comprise a variegated assemblage of oxides, hydroxides and arsenates: stage I (goethite, mixture of fine-grained Fe–As–Sb–Cu minerals, pharmacosiderite), stage II (Sb-bearing beudantite, REE-bearing beudantite), stage III (arseniosiderite). The anthropogenic stages IV and V are characterized by a set of hitherto unknown K–Cu humates and oxalates (stage IV) and the common Cu carbonates malachite and azurite (stage V). Chemical weathering induced by the (sub)tropical climatic conditions during the Late Miocene and Pliocene was responsible for the supergene associations of stages I through III at Mega Livadi. In the course of this alteration, the content of Fe decreased and As increased. Anomalously high contents of LREE in beudantite are used as a “minerostratigraphic” tracer to correlate the mineralization of stage II with a phase of pervasive formation of laterite in the Aegean region during the Pliocene. After a hiatus, an anthropogenic episode of mineralization was triggered by ancient mining activities during the early Bronze Age, around 3325 to 2890 BC, when miners began exploiting the soft arsenical Fe and Cu ore at shallow depth. This mineralization evolved under more temperate climatic conditions as a result of ventilation during mining. Bronze-age K–Cu humate–oxalate aggregates and Cu carbonates precipitated from pedogenetic fluids as a function of variable redox conditions and a pH value fluctuating around neutral. This sequence of per descensum mineralization with arsenates, humates and carbonates at Serifos, Greece, is of importance in three ways. It offers an insight into the most recent weathering processes of base-metal mineralization in the Aegean Sea region. It gives an overview of mining activities across Europe from Cyprus, the “Cradle of Cu mining”, to Great Britain during the Bronze Age. Also, the physicochemical results obtained from the study of this multistage alteration may be employed to explain the compositional variation under (sub)tropical through temperate climatic conditions in tailings derived from beneficiation of As–Cu ores elsewhere.

Abstract

Suite à la minéralization en fer de type skarn d’âge tardi-miocène à Mega Livadi sur l’île de Serifos, en Grèce, il y eut un épisode de minéralisation hydrothermale en Cu et As dans les calcaires au contact supérieur d’un pluton granodioritique. La minéralisation hypogène, avec pyrite, minéraux du groupe de la tennantite arsenifères et l’arsénopyrite, ont subi une forte altération au cours du Pliocène et du Quaternaire, attribuable aux eaux météoriques descendantes. Nous subdivisons les processus géogéniques et anthropogéniques responsables de cette altération en cinq stades, avec distinctions dans leurs bilans d’éléments, leur Eh et leur pH. Les stades supergènes I à III contiennent un assemblage varié d’oxydes, d’hydroxydes et d’arsenates: stade I (goethite, mélange de minéraux Fe–As–Sb–Cu à grains fins, pharmacosidérite), stade II (beudantite riche en Sb, beudantite riche en terres rares), et stade III (arséniosidérite). Les stades anthropogéniques IV et V se distinguent par la présence de humates et oxalates de K–Cu méconnus (stade IV) et les carbonates de Cu connus malachite et azurite (stage V). On attribue au lessivage chimique causé par les conditions climatiques (sub)tropicales au cours du Miocène tardif et du Pliocène les associations supergènes des stades I à III à Mega Livadi. Au cours de cette altération supergène, la teneur en Fe a diminué, et la teneur en As a augmenté. Des teneurs anormalement élevées en terres rares légères dans la beudantite ont été utilisées comme traceurs “minérostratigraphiques” pour établir une corrélation entre la minéralisation du stade II avec un épisode de formation répandue de latérite dans la région aégéenne au Pliocène. Après une lacune, une nouvelle minéralisation, anthropogénique, a été déclenchée au cours des anciennes activités au début de l’âge de Bronze, dans l’intervalle 3325 à 2890 BC, quand les mineurs se sont mis à exploiter le minerai mou de fer et de cuivre arsenifère à faible profondeur. Cette phase anthropogénique aurait évolué à des conditions climatiques tempérées suite à la ventilation des galleries exploitées. Des agrégats de humates et oxalates de K–Cu et des carbonates de Cu ont précipité à partir de fluides pédogéniques en fonction des conditions redox variables et d’un pH fluctuant autour de la neutralité. Cette séquence de minéralisation per descensum impliquant arsenates, humates et carbonates à Serifos, est importante de trois façons. Elle aide à mieux comprendre les processus les plus récents de lessivage de la minéralisation impliquant des métaux de base dans la région de la mer Égée. Elle fournit une vue d’ensemble des activités d’exploitation minière en Europe, de Chypre, le “berceau des mines de Cu”, jusqu’en Grande-Bretagne à l’âge de Bronze. De plus, les résultats physicochimiques obtenus peuvent servir pour expliquer les variations compositionnelles en passant de conditions (sub)tropicales à tempérées dans les haldes dérivées de l’enrichissement des minerais As–Cu ailleurs.

(Traduit par la Rédaction)

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