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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)