TEMA 11a

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)