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Aplicaciones Estratigráficas de
la Geoquímica de
Isótopos Radiogénicos
Objetivos
Entender como los isótopos
raiogénicos pueden usarse en la
datación de rocas
Familiarizarse con los
principales sistemas isotópicos
usados en geología: (Rb-Sr, SmNd, U-Pb, K-Ar, Ar-Ar)
Entender el uso de datos
isotópicos para calcular edades
absolutas de rocas y minerales
Referencias de apoyo
• Textos
– Dickin, A. P. (1995) Radiogenic
Isotope Geology. Cambridge
University Press.
– Doyle, P. & Bennet, M. R. (1998)
Unlocking the stratigraphical record.
Wiley. (Chapter 12).
– Faure, G. (1986) Principles of Isotope
Geology. Wiley.
• Información en Internet
– Department of Earth Science, Bristol
http://gfd.gly.bris.ac.uk/enviro-geochem/Level2Iso/titlepage.html
– Geological Sciences, Cornell Univ.
www.geo.cornell.edu/geology/classes/Geo656/656notes98.html
Edades Absolutas
• Técnicas utilizadas como: fósiles y
observaciones de campo, aportan sólo
edades RELATIVAS
• Los métodos de dataciones ABSOLUTAS
(datos isotópicos) pueden ser usados para:
– Datar materiales no fosilíferos (ígneos,
metamórficos, eólicos y detríticos)
– Determinar la velocidad de procesos
como: depositación, intrusión,
orogénesis
– Calibrar datos estratigráficos,
paleontológicos y
magnetoestratigráficos a una escala
absoluta de tiempo
La escala de tiempo geológico
Principios de Geología Isotópica
(1) Definiciones
• Isótopo:
– Uno de dos o más átomos con el mismo
número atómico (Z) y con diferente
número of neutrones (N).
• Número Atómico
– El Número de Protones (Z) determina
el comportamiento del elemento
• Número de Masa (A) = Z + N
• Ejemplo
A
A
87
37
Z
85
37
Rb
Z
Rb
Principios de geología isótopica (2)
Decaimiento radioactivo
• El Decaimiento radioactivo
transforma un átomo de un elemento
(Isótopo Padre) a un átomo de un
elemento diferente (Isótopo Hija).
•
Tres principales mecanismos de decaimeinto
– Decaimiento ALFA (α)
Emisión de una partícula-α (4He)
– Decaimiento BETA (β)
Emisión de una partícula-β (e-)
– CAPTURA de ELECTRON
Captura de un electrón
Decaimiento Alfa
• Emisión de una partícula Alfa (núcleo de
He) con Z = 2 y A = 4
• La Partícula tiene masa y por consecuencia
su emisión puede dañar la red cristalina
(i.e. circón en bitiota)
• EJEMPLO:
número de protones
235U
→ 231Th + 4He
235
U
92
231
90
Th
141
142
143
número de neutrones
Decaimiento Beta
número de protones
• Es la conversión de un neutrón a un
protón y la emisión de un electrón
(Partícula Beta)
• EJEMPLO:
87Rb → 87Sr + e-
87
38
Sr
87
37
49
Rb
50
número de neutrones
CAPTURA de ELECTRON
número de protones
• Es la conversión de un protón a
neutrón por la captura de un electrón
de la nube orbital de electrones que
rodea al núcleo
• EJEMPLO:
40K + e- → 40Ar
40
19
K
40
18
21
Ar
22
número de neutrones
Carta de Nucleidos
• Son conocidos 264 nucleidos estables
(negro – decaimiento no observado)
• Inestables (radiogénicos) nucleidos
definidos por el límite irregular
• Teoricamente Isótopos, definidos por el
límite suave (Z<22)
Ley de Decaimiento Radioactivo (1)
Concentración de Isótopos Padres
• La velocidad de decaimiento de un isótopo
radioactivo PADRE (N) es directamente
proporcional al número de átomos padre en
el sistema.
-dN/dt = λN
(A)
(donde N = número de átomos padre y λ = CONSTANTE de
DECAIMIENTO)
• Integrando tenemos:
N = N0e- λt
(B)
(donde N0 = número de átomos presente cuando la muestra de roca o mineral
fué formada)
Ley de Decaimiento Radioactivo (2)
Concentraciones de Isótopos Hija
• El numero de átomos ragiogénicos
Hija (D*) formados = átomos
PADRE consumidos
D* = N0 – N
• Substituyendo de Ec. B
D* = Ne-λt – N
y por lo tanto
D* = N(e-λt – 1)
• El número TOTAL de átomos HIJA
a un Tiempo = t:
D = D0 + N(e-λt – 1)
Ley de Decaimiento Radioactivo (3)
Vida Media
•Vida Media
La vida media de un nucleido es el tiempo
transcurrido para que decaiga la mitad de
átomos Padre. Sí substituimos:
N = N0/2
en la Ecuación B de arriba, tenemos que:
t1/2 = ln2/λ
Número de atomos
120
Diagrama
mostrando el
cabio de N y D
con el tiempo
(en vidas
medias) de N0
y D0. Despues
de cada vida
media, el
número de
átomos padre
cae a la mitad.
El tiempo real
representado
por 1 vida
media esta en
funcion de λ.
0
100
80
60
40
20
D0
0
0
1
2
3
4
5
6
Tiempo (unidades de vida media)