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El Método Lu-Hf
Herr et al. (1958)
Método muy parecido a Sm-Nd
Lu (Z = 71)
Lu es el elemento más pesado de las Tierras Raras ( HREE, grupo 3).
Lu se encuentra en concentraciones altas en minerales de pegmatitas
como óxidos (euxenita), carbonatos (bastnestita), fosfatos (xenotima,
monazita), y silicatos (alanita, gadolinita).
Pero: Lu también en granates!
Radio iónico Lu+3 = 0.93 Å  parecido al Ca!
Lu tiene 2 isótopos naturales y 33 artificiales (150Lu - 184Lu)
Naturales: 175Lu (97.4 %) y 176Lu (2.59%).
175Lu/176Lu = 37.36 ± 0.07
Peso atómico: 174.967 amu
El Método Lu-Hf
Hf (Z = 72)
Hf es un elemento de alto potencial iónico (HFS):
Hf en la tabla periódica (grupo 4) junto con Ti y Zr.
Geoquímicamente parecido al Zr (HfO2/ZrO2  0.01- 0.04 en zircones).
Hf se encuentra en zircón, badeleita y eudialita en concentraciones altas.
Radio iónico Hf+4 = 0.81 Å, Zr+4= 0.80 Å
Hf tiene 6 isótopos naturales y 26 artificiales (154Hf-185Hf).
Naturales: 174Hf (0.16%); 176Hf (5.2%), 177Hf (18.6%), 178Hf (27.1 %), 179Hf
(13.74 %) y 180Hf (35.2 %).
Peso atómico: 178.49 amu
Tabla periódica de los elementos
Concentraciones de Lu y Hf en
rocas y minerales.
Las concentraciones de ambos
elementos son en general muy
bajas.
Sólamente en minerales
ricos en álcalis como arfvedsonite
(anfíbol) y aegirina (piroxeno),
esfena, cromita e ilmenita se
pueden encontrar concentraciones
mas altas.
Abundancias en el sistema solar
(rel. a 106 at Si):
Lu = 3.67 x 10-2
Hf = 1.54 x 10-1
(Anders & Grevesse,1989).
Sistema Isotópico Lu-Hf
• 176Lu 176Hf + b– + n +Q
• Lu es un elemento de las tierras raras pesadas (HREE):
– Se comporta como un elemento moderadamente incompatible durante los
procesos magmáticos, aunque puede ser un elemento compatible en presencia de
granate. No es móvil en fluidos acuosos.
• Hf es un elemento de alto potencial iónico (HFS):
– Se comporta como un elemento moderadamente incompatible durante los
procesos magmáticos, aunque puede ser un elemento compatible en presencia de
zircón y/o rutilo. No es móvil en fluidos acuosos.
• El sistema Lu-Hf tiene un comportamiento similar al Sm-Nd:
– No se movilizan durante el metamorfismo y/o meteorización
– La relación Lu/Hf de la “tierra global” debe ser igual a la de los condritos
– El isótopo hijo es más incompatible que el padre.
La ecuación del sistema:
Hf  176Hf
  177
177
Hf  Hf
176
176

Lu t
  177
(e  1)
Hf
o
En donde 177Hf es un isótopo estable
=1.94 x 10-11 a-1
Geoquímica Isotópica del Hf
Se define un parámetro Hf:
 176Hf   176Hf 
 177    177 
 Hf   Hf CHUR
4
Hf 

10
 176Hf 
 177 
 Hf CHUR
Residuo
Mayor Lu/Hf
0.28282
176
Hf
177
Hf
CHURHoy:
176Hf/1177Hf
Hoy=0.282818
Fusión
Corteza
Menor Lu/Hf
0 (today)
age
CHUR
time
4.5 Ga
La composición isotópica de Hf en las rocas del manto deberán mostrar
una correlación positiva con Nd y negativa con 87Sr/86Sr
Decaimiento Lu-Hf
176Lu
→ 176Hf + b– + n + Q
176Lu
b176Hf
T1/2 = 3.53 x 1010 a
3.57
3.5
 = 1.94 ± 0.07 x 10-11 a-1
e.c. 3%
176Yb
176Hf
=
177Hf
1
t=

ln
(
176Hf
177Hf
i
+
176Lu
177Hf
(et - 1)
176Hf/177Hf - 176Hf/177Hf
m
i
176Lu/177Hf
)
+1
Zr
Problemática analítica
- Para fechamientos con el método Lu-Hf se necesitan
0.5 - 1.5 g de muestra.
- Problemas con la homogenización de muestras de
rocas enteras  Lu y Hf en minerales accesorios!
- Disolución de la muestra requiere temperaturas altas
(como Zr para U-Pb; 200-230 ºC)
- Efectos isobáricos Lu-Hf-Yb
Propiedades geoquímicas
- Lu y Hf son elementos incompatibles en general.
- Lu es relativamente menos incompatible que Hf,
- pero en Cpx, Lu es casi compatible durante la fusión parcial
y también granates tienen concentraciones elevadas de Lu.
- Comportamiento geoquímico de Lu y Hf parecido a Sm-Nd:
a) No se movilizan durante el metamorfismo y/o
intemperismo.
b) La relación Lu/Hf de la “tierra global” debe ser igual a la de
las condritas.
c) El isótopo hijo es más incompatible que el padre.
- Magmas basálticos derivados del manto tienen
generalmente relaciones Lu/Hf mas bajas que su fuente.
Fraccionamiento de Lu-Hf mas fuerte en comparación a Sm-Nd
y Rb/Sr en fuentes empobrecidas en elementos traza como MORB
Hf es mas incompatible con respecto a Lu y en comparación a
Nd/Sm o Rb/Sr
0.282772 *
0.0332 *
Patchett & Tatsumoto (1980)
* Blichert-Toft
& Albarède
(1997)
Fraccionamiento de Lu/Hf
en sedimentos marinos
Fraccionamiento en
sedimentos:
Gran variación en Lu/Hf
con relaciones Sm/Nd
casi constantes
Hf es parte del zircón.
Este mineral tiene alta
resistencia al intemperismo.
Hf se queda enriquecido en
sedimentos con granos de arena
mientras está empobrecido en
sedimentos con granos mas
finos.
BSE debajo de la línea
DM-CC:
Para explicar la geoquímica
Hf-Nd de BSE, se requiere
mas que los dos componentes (DM y CC):
Probablemente la corteza
oceánica y/o mesetas
basálticas subducidas y
almacenadas en el
Manto, en la historia
antigua de la tierra.
Blichert-Toft & Albarède, EPSL (1997)
Ningún basalto terrestre
se ha formado del manto
primitivo no diferenciado!
El Método Re-Os
Herr & Merz (1955)
Re (Z = 75)
Renio es un metal noble del grupo VIIB de la tabla periódica y comparte
muchas características con los platinoides (PGEs).
Re se encuentra en concentraciones considerables en molibdenita (MoS2:
pocos ppm hasta 1.9%) y en sulfuros de Cu, komatiitas y meteoritas. En
rocas ígneas ~0.5 ppb!
Radio iónico Re+4 = 0.71 Å, parecido a Mo +4 = 0.68 Å . Siderófilo!
Re tiene 2 isótopos naturales y 31 artificiales (160Re-192Re). Naturales: 185Re
(37.4%) y 187Re (62.6%).
Peso atómico: 186.207 amu
El Método Re-Os
Os (Z = 76)
Osmio es un metal noble del grupo (VIII) de los platinoides (PGE: Ru, Rh,
Pd, Os, Ir, Pt).
Os se encuentra en minerales como osmiridio y en rocas ultramáficas (con
sulfuros de Cu y Ni) y en meteoritas (hasta 70 ppm!).
Ø 0.4 ppm en la corteza.
Radio iónico Os +4 = 0.71 Å. Siderófilo!
Os tiene 7 isótopos naturales y 27 artificiales (162Os-196Os).
Naturales: 184Os (0.02%); 186Os (1.58%), 187Os (1.6%), 188Os (13.3%),
189Os (16.1%), 190Os (26.4%) y 192Os (41.0%).
Peso atómico: 190.2286 amu.
Sistema Isotópico Re-Os
• 187Re  187Os + b- + n + Q
• Re es un elemento que comparte muchas características con los
platinoides:
– Es un elemento siderófilo y calcófilo.
– Se comporta como un elemento incompatible durante los procesos
magmáticos, aunque su comportamiento exacto aún no es del todo
claro
• Os es un metal noble del grupo del Iridio
– Es un elemento siderófilo
– Se comporta como un elemento extremadamente compatible
durante los procesos magmáticos (DOs/Olivino>>10)
La ecuación del sistema:
Os  187Os  187 Re t
  188   188 (e  1)
188
Os  Os o
Os
187
Re/Os peridotitas = 0.08
Re/Os Basalto = 8.9
En donde 188Os es un isótopo estable
=1.64 x 10-11 a-1
Geoquímica Isotópica del Os
• De manera similar a otros sistemas isotópicos, la relación Re/Os de la “tierra global”
puede considerarse idéntica a la de los meteoritos condríticos:
Os  187Os  187 Re t
  188   188 (e  1)
188
Os  Os o
Os
187
Valor de los Condritos:
187Os/188Os
Hoy=0.12753
•Los procesos magmáticos producirán un
fraccionamiento extremo en Re/Os:
–Valores altos y variables en rocas corticales
(Re/Os>9). Por lo tanto, la relación 187Os/188Os
crecerá rápidamente.
–Valores bajos y relativamente homogéneos en
rocas del manto (Re/Os<0.08). Por lo tanto, la
relación 187Os/188Os será baja y relativamente
homogénea.
Concentraciones de Re y Os en rocas y minerales.
Re se comporta como un elemento
incompatible durante los procesos
magmáticos.
Os se comporta como un elemento
extremadamente compatible durante los
procesos magmáticos (DOs/Olivino>>10)
Re/Os peridotitas = 0.08
Re/Os basalto = 8.9
Decaimiento Re-Os
187Re
→ 187Os + b- + n + Q
(Qmax muy bajo: 8KeV)
T1/2 = 4.23  0.12 x 1010 a (Lindner, 1989)
= 4.56  0.11 x 1010 a (Luck & Allègre, 1983)
= 4.3
= 4.27
 = 1.64  0.04 x 10-11 a-1
Os  187Os 
  188  
188
Os  Os o
187
1
t= 
ln
(
187Os/188Os
187
Re t
(e  1)
188
Os
- 187Os/188Osi
+1
187Re/188Os
m
)
También se usa el 186Os como referencia!
Aplicaciones geocronológicas
Mezcla EM1 y
DMM (“Depleted
Mantle MORB”)
Isótopos de Hf y Os en
Basaltos de Hawaii
El agua del mar puede contaminar
la isotopía de Sr y Pb,
pero la de Nd, Hf y Os no.
Corteza Continental vs. Litósfera Subcontionental: Nd vs.  ()Os
La litósfera
subcontinental
y la corteza
continental no
se pueden
distinguir
fácilmente con
la isotopía
de Nd, pero con
la de Os sí.
()Os =
187Os/188Os
(
187Os/188Os
Muestra
187Os/188Os
CHUR
)
-1 x 104
187Re/188Os
=
0.12863;
CHUR(hoy)
CHUR = 0.423
Isotopía de Os en el Campo Volcánico Michoacán-Guanajuato
!!
Chesley
et al., EPSL
(2002)