GEOQUÍMICA ISOTÓPICA
1.- ISÓTOPOS RADIACTIVOS : DATACIÓN, DIFERENCIACIÓNDE MAGMAS Y ROCAS
1940K → 18
40Ar , 3787Rb → 38
87Sr, 62147Sm → 60
143Nd
92238U → 82
206Pb , 92235U → 82
207Pb , 71176Lu → 72
176Hf
75187Re → 76
187Os , 1214C → 7
14N
2.- ISÓTOPOS LIVIANOS ESTABLES : FRACCIONAMIENTO Y AMBIENTES GEOQUÍMICOS
12D/1
1H, 613C/6
12C, 818O/8
16O , 1634S/16
32S
ZAX
Z =número atómico A= número másico =N(neutrones)+Z
DATACIÓN, DIFERENCIACIÓN DE MAGMAS Y ROCAS•Los pioneros de la física nuclear descubrieron que los átomos de uranio, radio y otros varios elementos muestran radioactividad y son inestables. •El núcleo de un átomo radioactivo se desintegra espontáneamente, formando un átomo de un elemento diferente y emite radiación (forma de energía). •Al átomo original se le llama átomo padre y su producto de decaimiento se conoce como átomo hijo. •Por ejemplo el isótopo padre del rubidio-87 decae para formar el isótopo hijo estable estroncio-87. Un neutrón en el núcleo de un átomo de rubidio-87 se descompone eyectando un electrón del núcleo y por lo tanto produciendo un nuevo protón a partir de un neutron. El antiguo átomo de rubidio con 37 protones y 50 neutrones se transforma ahora en átomo de estroncio con 38 protones y 49 neutrones.
•La velocidad promedio de desintegración nuclear es fija, no varía con los cambios en temperatura; la química o la presión que típicamente acompañan los procesos geológicos en la Tierra o en los planetas.
3787Rb →38
87Sr + β
ATOMOS
ESTABLES
Y RADIACTIVOS
N>Z
GEOQUÍMICA ISOTÓPICA
En 1918 y 1919, A. J. Dempster y F. W. Aston construyeron los primeros espectrómetros de masas(Equipos para identificar y cuantificar isótopos)
Flujo de átomosionizados
Isótopos
Campo magnético perpendicular
al movimiento de las átomos ionizados
ESPECTRÓMETRO
DE MASAS
Fm=mv2/rqvB=mv2/r r=mv/qB
DETERMINACIÓN DEL TIEMPO GEOLÓGICO UTILIZANDO ISÓTOPOS DE ÁTOMOS RADIACTIVOS
-dP/dt = dH/dt = λP (1)
P = número de átomos padres remanentes en cualquier tiempo
dH/dt = Velocidad de formación de átomos hijos (H)
λ = Constante de decaimiento radiactivo (α , β , Radiación γ, etc. )
P = Po e- λt ó Po = P e λt (2)
Po = número de átomos padres cuando t = 0
H* = Po – P = P e λt – P = P(e λt -1)
H* = número de átomos hijos producidos en un tiempo t
Si en el tiempo t=0 algunos átomos hijos Ho han estado presente
Entonces el número total de átomos hijos H es igual a Ho mas los producidos por decaimiento radiactivo H*.
H = Ho + H* = Ho +P(e λt -1) entonces t = (1/ λ)ln((H-Ho)/P +1 )
Como P = Po e- λt
Si P= Po/2 entonces (1/2)Po = Poe - λt/2
t1/2 = ln2/ λ = 0,693/ λ
t1/2 = tiempo de vida media, tiempo requerido para decaer la mitad de cualquier cantidad de un isótopo
H = Ho + H* = Ho +P(e λt -1)
y = a + b x
H = Ho +(e λt -1)P
Permite método gráfico para determinar t
CONDICIONES PARA USO DE FORMULAS
1.- Los valores de λ no han cambiado durante el tiempo geológico. Esto es una asunción razonable desde que λ es una propiedad del núcleo atómico no afectada por condiciones extremas de temperatura y presión o por combinación química en cualquier ambiente geológico.
2.- La roca o mineral ha sido un sistema cerrado desde su formación, esto significa que ningún átomo padre o hijo ha sido adicionado o perdido del sistema. Esta asunción es cuestionable, y pueden ocurrir muchas edades aparentes.
IsótoposTiempo de
vida-media de padre
Rango de fecha efectiva
Minerales y otros materiales que pueden
ser fechadosInicial Final
92238U 82
206Pb 4510 millones > 1 millonesZircón, monacita, xenotima, esfena
1940K 18
40Ar 1300 millones >1 millones
MoscovitaBiotita
HornblendaToda roca volcánica
3787Rb 3887Sr 50000 millones >10 millones
MuscovitaBiotita
Feldespato de potasioToda roca metamórfica
o ígnea
614C 14 7
14N 5730 años100 – 50000
años
Madera, carbón, turbaHueso y tela
Concha y otro carbonato de calcio
Agua subterránea, agua oceánica y hielo glacial que contiene dióxido de
carbono disuelto
Datación 3787Rb → 38
87Sr + β
86Sr = 86Srº Isótopo no radiactivo
t = (1/ λ)ln[((87Sr/86Sr)-(87Sr/86Sr)º)/(87Rb/86Sr) +1 ]
En rocas volcánicas recientes que provienen del manto de la Tierra
(87Sr/86Sr)º = 0,704
.
Datación 238U → 206Pb + 8 4He
235U → 207Pb + 7 4He
204Pb = 204Pbº Isótopo no radiactivo
t = (1/ λ)ln[((206Pb/204Pb)-(206Pb/204Pb)º)/(238U/204Pb) +1 ]
232Th → 208Pb + 6 4He
1940K →18
40Ar + β+ (positrones)
D = Do +(eλt -1)P
Muchos minerales de K no tienen Ar original
40Ar = (eλt -1)P
t = (1/λ)ln[ (40Ar/40K)+1 ]
SEGMENTOS DEL
BATOLITO DE LA COSTA
Intrusiones
Múltiples y segmentadas
37-101 Ma
Cocientes de 87Sr/86Sr
ISÓTOPOS DE Sr y PbIncremento de 87Sr por decaimiento de 87Rb
86Sr es no radiactivo
Expresado por 87Sr/86Sr
Incremento a través del tiempo geológico
206Pb/204Pb, 207Pb/ 204Pb, 208Pb/ 204Pb
204Pb es no radiactivo
Datación 62147Sm → 60
143Nd + 4He
λ = 6,54 x 10-12 y-1
Datar > 100 millones
Muestras a datar : Rocas básicas y ultrabásicas, rocas metamórficas (anfibolitas-granulitas), rocas lunares y condritas, granates.