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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.

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2 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 (SrCO 3, hidrotermal), Celestita (SrSO 4, en carbonatos). Sr es químicamente parecido al Ca. Radios iónicos: Sr +2 = 1.13Å; Ca +2 = 0.99Å. Sustitución Ca Sr 1

3 IA IIA Tabla periódica de los elementos 2

4 Concentraciones de Rb y Sr en rocas y minerales RbKSrCa rocas últra- máficas ,000 basaltos 30 8, ,000 tonalitas11025, ,300 granitos17042, ,100 sienitas11048, ,000 lutitas14026, ,100 areniscas 6010, ,100 carbonatos 3 2, ,300 turbiditas11025, ,000 aguas1-3 - biotitas800-1,200<20 ortoclasa500<100 plagioclasa apatito< (valores promedio en ppm ) 3

5 Isotopía 85 Rb: x = Rb: x = total = amu ( amu Catanzaro et al., 1969) Rb (Z=37) tiene dos isótopos naturales: 85 Rb ( %) y 87 Rb ( %) Pesos atómicos y amu, respectivamente. Además tiene 27 isótopos inestables ( 74 Rb- 102 Rb) Peso atómico del Rb? Relación isotópica 85 Rb/ 87 Rb = (IUGS, Steiger & Jäger, 1977 ). Todas la rocas de la tierra muestran esta relación , aunque hay decaimiento! Por qué?? (Ver la vida media del sistema Rb-Sr y compárala con la edad de la tierra!) 87 Rb es radiactivo y decae con una vida media (T 1/2 ) de 48.8(13) x 10 9 a al 87 Sr con emisión de partículas - (E max = 275 KeV; bajo!!!); ?? = 1.42 x a - 1 Steiger y Jäger, 1977; antes 1.47 y 1.39 x a -1 Nueva Propuesta: 1.398±0.003 x a -1 (Nebel et al., AGU Fall Meeting, Dec. 2006) 4

6 Sr (Z=38) tiene 4 isótopos naturales: 84 Sr, 86 Sr, 87 Sr y 88 Sr con abun- dancias (valores promedios!!) de 0.56%, 9.87%, 7.04% y 82.53% y pesos atómicos de , , y amu, respectivamente. El peso atómico de Sr es aproximadamente amu. Sr tiene además 26 isótopos inestables ( 73 Sr Sr). (En comparación a la relación 85 Rb/ 87 Rb 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 86 Sr/ 88 Sr = y 84 Sr/ 86 Sr = son estables! La relación 87 Sr/ 86 Sr puede ser entre (meteoritos) y cualquier valor superior (hasta 10,000 o más). 5

7 Geocronología con el método de Rb-Sr Método isotópico!! (no es radiométrico!!) Ecuación básica sobre la producción de hijos radiogenicos: D = D inic + N (e t -1) D = isótopos hijos presentes (hoy) D inic = isótopos hijos presentes en el momento del inicio del decaimiento (tiempo inicial, en algunos libros = D o ) N = isótopos padres; = constante de decaimiento; t = edad para Sr: > resolución por t y = b + x m 6 o (el espectrómetro mide relaciones isotópicas!!): 87 Sr = 87 Sr i + 87 Rb(e t -1) 87 Sr/ 86 Sr hoy = 87 Sr/ 86 Sr i + 87 Rb/ 86 Sr (e t -1)

8 Ecuación para calcular una edad con el sistema Rb-Sr Medición con el espectrómetro ?? (ver diapositivas 9-12) ?? (ver diapositivas y abajo) 1.42 x a -1 7 Para la obtención del parámetro 87 Rb/ 86 Sr 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. 87 Rb/ 86 Sr = Conc. Rb [ 87 Rb] peso atómico Sr Conc. Sr [ 86 Sr] peso atómico Rb xx [ 87 Rb]; [ 86 Sr]= abundancias isotópicas

9 Diagrama Compston-Jeffrey (1959): Evolución de la relación 87 Sr/ 86 Sr Los 4 sistemas origi- naron hace 800 Ma con una relación 87 Sr/ 86 Sr de (inicial). Después, la relación 87 Sr/ 86 Sr evolucionó a lo largo de una serie de líneas rectas divergentes con pendientes depen- diendo de la relación 87 Rb/ 86 Sr de cada sistema. Faure (1986)

10 a bc toto 86 Sr 87 Sr o () 86 Sr 87 Sr 86 Sr 87 Rb Evolución de la relación 87 Sr/ 86 Sr: Al inicio: 3 rocas (a,b,c) con diferentes relaciones Rb/Sr al tiempo t o 9

11 Después de un tiempo (t 0 t 1 ): cada muestra gana una cantidad de 87 Sr, dependiendo de su concentración de Rb ( 87 Rb> 87 Sr) a bc a1a1 b1b1 c1c1 t1t1 toto 86 Sr 87 Sr 86 Sr 87 Rb 86 Sr 87 Sr o () 10

12 Al tiempo t 2 (hoy): cada roca tiene un aumento en 87 Sr proporcional a la concentración de Rb original. Principio de la isócrona (Nicolaysen, 1961) a bc a1a1 b1b1 c1c1 a2a2 b2b2 c2c2 t1t1 toto t2t2 86 Sr 87 Sr 86 Sr 87 Sr o () 86 Sr 87 Rb Isócrona con la pendiente m = e t -1 La intersección de la isócrona con el eje Y da el valor 87 Sr/ 86 Sr inicial (ver página 7) 11

13 Opciones para obtener la relación 87 Sr/ 86 Sr inicial 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 87 Sr/ 86 Sr. 4. Usar un valor modelado (se obtienen edades modelo de Rb-Sr!)

14 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 Ab S = abundancia de los isótopos A y B en el spike Ab N = abundancia de los isótopos A y B en la muestra natural R m = relación isotópica A/B de la mezcla spike-muestra 13

15 Spike de 84 Sr Criterios para escoger el spike: 1. No radiogénico 2. No radiactivo 3. No el más abundante 4. Sin isóbaros 5. No el isótopo de refe- rencia Sr, 86 Sr, 87 Sr, 88 Sr 85 Rb, 87 Rb

16 Adición del Spike Rb natural Spike Mezcla muestra-spike 85 Rb 87 Rb % % 85 Rb 87 Rb 99.16% 0.84% 85 Rb 87 Rb Muestra con composición isotópica y peso conocidos; concentración desconocida. Spike con composición isotópica, concentración y peso conocidos. Medición con el EM 15

17 Requisitos para un fechamiento con el método de Rb-Sr: 16 - 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.

18 Todas las relaciones isotópicas medidas en un espectrómetro de masas se presentan con sus errores: Desviación estándar = (x i - x) 2 / n-1 2 Mean = 2 / n (error medio de la desviación) Valor indi- vidual Valor promedio después de n mediciones OJO! Este error se disminuye con el aumento de n!! Desviación estándar de n mediciones 1 = 68.3% probabilidad 2 = 95.5% probabilidad Geyh and Schleicher,

19 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: ºC plagioclasa: 400ºC 18

20 Cálculo de tasas de enfriamiento usando edades de minerales y roca entera Edad de la roca entera (p.ej. obtenida por isócrona Rb-Sr o zircones por U-Pb) Ejemplo: granodiorita de Puerto Vallarta 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 °C) ca. 45°C/Ma 19

21 Faure & Mansing, 2005 Rehomogeneización del sistema isotópico de Sr (en minerales) después de un evento metamórfico 20

22 Dickin,

23 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

24 Basalto lunar Geyh & Schleicher,

25 GranitosGlauconitas Figuras tomadas de Faure & Mansing,

26 Pseudo – Isócrona (o falsa isócrona) 25

27 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 precur- soras. Schaaf & Müller-Sohnius,

28 Distribución de las edades en LDG 27

29 Mezcla de magmas 28

30 29 Mezcla de aguas

31 Evolución de la relación 87 Sr/ 86 Sr en el agua de mar en el Fanerozoico 30

32 87 Sr/ 86 Sr en foraminíferos Sr/ 86 Sr = En el presente, todas los aguas de los océanos del mundo tienen esta relación.

33 Carbonatos sobreyacientes a la brecha del impacto Chicxulub 32 Escobar, 2005, tesis Maestría

34 Las proporciones 87 Sr/ 86 Sr 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 Aplicaciones de la isotopía de Sr en ciencias antropológicas

35 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. ( 87 Sr/ 86 Sr conserva las condiciones de la juventud) La dentina y los huesos se forman y cambian continuamente a través de nuestra vida. ( 87 Sr/ 86 Sr representa las condiciones de cuando murió el individuo) 34

36 Dientes de Teotihuacán 35

37 Ejemplo de residencia y ejemplo de migración en Teotihuacán Hueso y esmalte de la muestra tienen relaciones 87 Sr/ 86 Sr iguales. Este individuo no migró. Hueso y esmalte de la muestra tienen relaciones 87 Sr/ 86 Sr diferentes. Evidencia de migración.

38 Sr en vinos 37 Horn et al., 1993

39 87 Sr/ 86 Sr en vinos 38 Horn et al., 1993

40 39 Horn et al., 1993 Evidencias para mezcla (adulteración) de algunos vinos, comparando sus firmas isotó- picas con las de los suelos correspondientes.

41 Evolución de la relación 87 Sr/ 86 Sr en las aguas del río Rhin (Rhein) 40

42 41

43 Rb-Sr en rocas riolíticas pleistocénicas Heumann et al., 2002, GCA Riolitas post-caldera de la Long Valley Caldera, California 42

44 Apatito (Ca 5 (PO 4 ) 3 )(F,Cl, OH) 43


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