Download El Método Rb-Sr Hahn y Walling (1938)

El Método Rubidio-Estroncio
Hahn y Walling (1938)
Rb y Sr son elementos trazas que ocurren en casi todas las rocas
ígneas, metamórficas y sedimentarias.
Rb
Rb es un metal alcalino (grupo IA en la tabla periódica) y no forma
minerales propios. Rb es químicamente muy parecido al K.
Radios iónicos: Rb+ = 1.48 Å; K+ = 1.33 Å
Sustitución K  Rb
Minerales con concentraciones altas de K (fsp, micas) también
tienen cantidades altas de Rb
Relación K/Rb ca. 250 en general; en pegmatitas hasta K/Rb = 6.
Sr
Sr es un elemento alcalino térreo (grupo IIA) y forma algunos minerales
propios (raros): Estroncianita (SrCO3, hidrotermal), Celestita (SrSO4, en
carbonatos). Sr es químicamente parecido al Ca.
Radios iónicos: Sr+2 = 1.13Å; Ca+2 = 0.99Å.
Sustitución Ca  Sr
1
IA
IIA
Tabla periódica de los elementos
2
Concentraciones de Rb y Sr en rocas y minerales
(valores promedio en ppm)
Rb
K
Sr
rocas últramáficas
basaltos
tonalitas
granitos
sienitas
lutitas
areniscas
carbonatos
turbiditas
aguas
0.2
30
110
170
110
140
60
3
110
1-3
40
8,300
25,200
42,000
48,000
26,600
10,700
2,700
25,000
1
465
440
100
200
300
20
610
180
-
biotitas
ortoclasa
plagioclasa
apatito
800-1,200
500
300
<4
<20
<100
300-500
100-200
Ca
25,000
76,000
25,300
5,100
18,000
22,100
39,100
302,300
29,000
3
Isotopía
Rb (Z=37) tiene dos isótopos naturales: 85Rb (72.1654%) y 87Rb (27.8346%)
Pesos atómicos 84.9117 y 86.9094 amu, respectivamente.
Además tiene 27 isótopos inestables (74Rb-102Rb)
Peso atómico del Rb?
85Rb:
84.9117 x 0.721654 = 61.2769
87Rb: 86.9094 x 0.278346 = 24.1909
total = 85.4678 amu
(85.46776 amu Catanzaro et al., 1969)
Relación isotópica 85Rb/87Rb = 2.59265 (IUGS, Steiger & Jäger, 1977).
Todas la rocas de la tierra muestran esta relación 2.59265, aunque hay decaimiento! Por qué??
(Ver la vida media del sistema Rb-Sr y compárala con la edad de la tierra!)
87Rb
87Sr
es radiactivo y decae con una vida media (T1/2) de 48.8(13) x 109 a al
con emisión de partículas b - (Emax = 275 KeV; bajo!!!); l??
l= 1.42 x 10-11 a-1 Steiger y Jäger, 1977; antes 1.47 y 1.39 x 10-11 a-1
Nueva Propuesta: 1.398±0.003 x 10-11 a-1 (Nebel et al., AGU Fall Meeting, Dec. 2006)
4
Sr (Z=38) tiene 4 isótopos naturales: 84Sr, 86Sr, 87Sr y 88Sr con abundancias (valores promedios!!) de 0.56%, 9.87%, 7.04% y 82.53% y
pesos atómicos de 83.9134, 85.9092, 86.9089 y 87.9056 amu,
respectivamente.
El peso atómico de Sr es aproximadamente 87.62 amu.
Sr tiene además 26 isótopos inestables (73Sr - 102Sr).
(En comparación a la relación 85Rb/87Rb y el peso atómico de Rb, las abundancias de
los isótopos de Sr y el peso atómico de Sr dependen del contenido de Rb en la muestra y
su edad y puede variar considerablemente > hay que calcular estos valores para cada
muestra individual!)
Solamente las relaciones isotópicas 86Sr/88Sr = 0.1194
y 84Sr/86Sr = 0.056584 son estables!
La relación 87Sr/86Sr puede ser entre 0.6988 (meteoritos) y cualquier
valor superior (hasta 10,000 o más).
5
Geocronología con el método de Rb-Sr
Método isotópico!! (no es radiométrico!!)
Ecuación básica sobre la producción de hijos radiogenicos:
D = Dinic + N (el t-1)
D = isótopos hijos presentes (hoy)
Dinic = isótopos hijos presentes en el momento del inicio del decaimiento
(tiempo inicial, en algunos libros = Do)
N = isótopos padres; l = constante de decaimiento; t = edad
para Sr:
87Sr
= 87Sri + 87Rb(el t-1)
87Sr/86Sr
y
hoy
o (el espectrómetro mide relaciones isotópicas!!):
= 87Sr/86Sri + 87Rb/86Sr (el t-1)
=
b
+
x
> resolución por t
m
6
Ecuación para calcular una edad con el sistema Rb-Sr
Medición con el espectrómetro
1.42 x 10-11 a-1
??
(ver diapositivas 9-12)
?? (ver diapositivas 13-15 y abajo)
Para la obtención del parámetro 87Rb/86Sr en la equación de la edad se
requieren las concentraciones de Rb y Sr, los pesos atómicos de Rb y Sr
y las abundancias de los isótopos.
87Rb/86Sr
Conc. Rb
=
Conc. Sr
x
[87Rb]
[86Sr]
x
peso atómico Sr
peso atómico Rb
[87Rb]; [86Sr]= abundancias isotópicas
7
Diagrama Compston-Jeffrey (1959):
Evolución de la relación 87Sr/86Sr
Los 4 sistemas originaron hace 800 Ma con
una relación 87Sr/86Sr
de 0.704 (inicial).
Después, la relación
87Sr/86Sr evolucionó a
lo largo de una serie de
líneas rectas divergentes
con pendientes dependiendo de la relación
87Rb/86Sr de cada
sistema.
0.704
Faure (1986)
8
Evolución de la relación 87Sr/86Sr: Al inicio: 3
rocas (a,b,c) con diferentes relaciones Rb/Sr al
tiempo to
87Sr
86Sr
( )
87Sr
86Sr
o
a
b
c
to
87Rb
86Sr
9
Después de un tiempo (t0 t1): cada muestra gana
una cantidad de 87Sr, dependiendo de su
concentración de Rb (87Rb>87Sr)
87Sr
86Sr
t1
c1
( )
b1
a1
87Sr
86Sr
o
a
b
c
to
87Rb
86Sr
10
Al tiempo t2 (hoy): cada roca tiene un aumento en
87Sr proporcional a la concentración de Rb original.
Principio de la isócrona (Nicolaysen, 1961)
t2
87Sr
c2
86Sr
b2
a2
( )
t1
c1
b1
a1
87Sr
86Sr
o
a
b
c
to
87Rb
86Sr
La intersección de la isócrona con el eje Y da el valor 87Sr/86Srinicial (ver página 7)
11
Opciones para obtener la relación 87Sr/86Srinicial
1. Cálculo con una regresión lineal (p.ej. de Gauss; no salen errores!)
2. Cálculo con programas de computación, considerando los
errores individuales de cada muestra (p. ej. ISOPLOT;
Ludwig, 2000).
3. Buscar minerales sin Rb (p.ej. apatitos) y medir su relación
87Sr/86Sr.
4. Usar un valor modelado (se obtienen edades modelo de Rb-Sr!)
12
Dilución Isotópica
- método más preciso para determinar concentraciones de
elementos
- se mezcla un spike (trazador) casi monoisotópico, con
concentración conocida, con una muestra natural.
N = concentración de un elemento (p.ej. Rb) en la muestra (ppm)
S = cantidad del spike añadido
AbS = abundancia de los isótopos A y B en el spike
AbN = abundancia de los isótopos A y B en la muestra natural
Rm = relación isotópica A/B de la mezcla spike-muestra
13
Spike de 84Sr
Criterios para escoger
el spike:
1. No radiogénico
2. No radiactivo
3. No el más abundante
4. Sin isóbaros
5. No el isótopo de referencia
84Sr, 86Sr, 87Sr, 88Sr
85Rb, 87Rb
14
Adición del Spike
Rb natural
Spike
Mezcla muestra-spike
87Rb
Medición con el EM
85Rb
87Rb
85Rb
0.84%
99.16%
85Rb
87Rb
Muestra con composición isotópica y peso conocidos; concentración
desconocida.
Spike con composición isotópica, concentración y peso conocidos.
15
Requisitos para un fechamiento con el método de Rb-Sr:
- Las muestras deben ser cogenéticas.
- Las muestras deben tener una variación amplia en la
relación Rb/Sr.
- Qué el sistema isotópico de Rb-Sr halla permanecido
cerrado después de la formación de la muestra que
queremos fechar.
16
Todas las relaciones isotópicas medidas en un espectrómetro de
masas se presentan con sus errores: Desviación estándar 
1 = 68.3% probabilidad
2 = 95.5% probabilidad
Geyh and Schleicher, 1990
 =
 (xi -
Desviación estándar
Valor indide n mediciones
vidual
x)2/
2Mean = 2/ n
n-1
(error medio de la desviación)
Valor promedio
después de n mediciones
OJO! Este error se
disminuye
con el aumento de n!!
17
Edades de Minerales
biotita
roca tot.
Para obtener edades de minerales mediante el sistema Rb-Sr se requiere
el par ROCA ENTERA - MINERAL!
Edades de Rb-Sr mediante una isócrona (roca entera-mineral) son
edades de enfriamiento! (o recalentamiento)
Temperaturas de cierre (Rb-Sr): biotita: 320±40ºC; muscovita: 450-500ºC
plagioclasa:  400ºC
18
Cálculo de tasas de enfriamiento usando edades de
minerales y roca entera
Ejemplo: granodiorita de Puerto Vallarta
Edad de la roca entera (p.ej.
obtenida por isócrona Rb-Sr
o zircones por U-Pb)
Camino de enfriamiento
Edad de la hornblenda por K-Ar
(Temp. cierre ca. 530°C)
Edad de la biotita (Rb-Sr)
(Temp. cierre ca. 300°C)
Edad de la biotita (K-Ar)
(Temp. cierre ca. 280°C)
Tasa de enfriamiento (intervalo 530-300°C) ca. 45°C/Ma
19
Rehomogeneización del sistema isotópico de Sr (en
minerales) después de un evento metamórfico
Faure & Mansing, 2005
20
Dickin, 1995
21
Edades de muestras de rocas enteras
(ejemplos de isócronas)
Edades de rocas enteras obtenidas por una isócrona se interpretan
normalmente como edades de la cristalización (pero: atención en
casos de metamorfismo de alto grado!!)
22
Basalto lunar
Geyh & Schleicher, 1990
23
Granitos
Glauconitas
Figuras tomadas de Faure & Mansing, 2005
24
Pseudo – Isócrona (o falsa isócrona)
25
Rb-Sr en Libyan Desert Glass (LDG)
(vidrio de impacto)
Las tectitas LDG se formaron
hace 29 Ma (fechamiento por
trazas de fisión). Sin embargo,
el sistema Rb-Sr en las tectitas
conserva la edad panafricana
(557 Ma) de las rocas precursoras.
Schaaf & Müller-Sohnius, 2002
26
Distribución de las edades en LDG
27
Mezcla de magmas
28
Mezcla de aguas
29
Evolución de la relación 87Sr/86Sr en el agua de mar
en el Fanerozoico
30
87Sr/86Sr
en foraminíferos
87Sr/86Sr
= 0.70915
En el presente, todas los aguas de los océanos
del mundo tienen esta relación.
31
Carbonatos sobreyacientes a la brecha del impacto Chicxulub
Escobar, 2005, tesis Maestría
32
Aplicaciones de la isotopía de Sr en ciencias antropológicas
Las proporciones 87Sr/86Sr se han
utilizado como trazadores para
identificar migración y áreas
geográficas de proveniencia al
comparar las diferencias entre las
firmas isotópicas de Sr en dientes
y huesos humanos con el suelo.
33
El esmalte de los dientes, la sustancia mas
dura de nuestro cuerpo, es una envoltura muy
resistente de la parte mas suave llamada
dentina.
Ambos materiales consisten
predominantemente de fosfato de calcio.
Sin embargo, se forman de manera diferente:
El esmalte mineraliza una sola vez: cuando
se forma el diente al cual protege. ( Sr/ Sr conserva las
87
86
condiciones de la juventud)
La dentina y los huesos se forman y cambian
continuamente a través de nuestra vida.( Sr/ Sr
87
representa las condiciones de cuando murió el individuo)
86
34
Dientes de Teotihuacán
35
Ejemplo de residencia y ejemplo de migración en Teotihuacán.
Leachate 1
Leachate 2
Leachate 3
Bones
Soil
0.70660
20271
87Sr/86Sr
0.70620
0.70580
0.70540
0.70500
20271
31370
0.70460
31370
0.70420
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
1/Sr concentration (ppm)
Hueso y esmalte de la muestra 31370 tienen relaciones 87Sr/86Sr iguales. Este individuo no migró.
Hueso y esmalte de la muestra 20271 tienen relaciones 87Sr/86Sr diferentes. Evidencia de migración.
36
Sr en vinos
Horn et al., 1993
37
87Sr/86Sr
en vinos
Horn et al., 1993
38
Evidencias
para mezcla
(adulteración)
de algunos vinos,
comparando
sus firmas isotópicas con las
de los suelos
correspondientes.
Horn et al., 1993
39
Evolución de la relación 87Sr/86Sr en las
aguas del río Rhin (Rhein)
40
41
Rb-Sr en rocas riolíticas pleistocénicas
Riolitas
post-caldera
de la Long
Valley
Caldera,
California
Heumann et al., 2002, GCA
42
Apatito (Ca5(PO4)3 )(F,Cl, OH)
43