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Bibliografía Faure, G., Principles of Isotope Geology, 2nd edition, John Wiley & Sons, New York, 589 pp., 1986. Faure, G. y Mansing, T., Isotopes. Principles.

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1 Bibliografía Faure, G., Principles of Isotope Geology, 2nd edition, John Wiley & Sons, New York, 589 pp., Faure, G. y Mansing, T., Isotopes. Principles and Applications, 3rd edition, John Wiley & Sons, New York, 897 pp., Faure, G., Origin of Igneous Rocks. The Isotopic Evidence, Springer, Berlin, 494 pp., Dickin, A. P., Radiogenic Isotope Geology, Cambridge Univ. Press, 490 pp., Geyh, M. A. y Schleicher, H., Absolute Age Determination, Springer, Berlin, 503 pp., White, W.M., Isotope Geochemistry, GEOQUÍMICA ISOTÓPICA

2 Tiene realación con: ASTROFÍSICA FÍSICA CIENCIAS DE LA TIERRA: GEOCRONOLOGÍA COMPOSICIÓN DEL MANTO Y DE LA CORTEZA GÉNESIS DE MINERALES Y ROCAS VULCANOLOGÍA HIDROLOGÍA MIGRACIÓN DE HIDROCARBUROS MONITORES DE RAYOS CÓSMICOS ARQUEOLOGÍA

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4 1650: Bishop Usher (York): edad de la tierra 4004 años A.C. Hasta 1750: CATASTROFISTAS: Todas las rocas y rasgos sobre la superficie de la tierra provienen de fenómenos catastróficos. 1785: James Hutton: Observa la importancia de cada uno de los fenómenos (lentos y continuos), modela la superficie de la tierra. Desarrolla la teoría del UNIFORMITARISMO (Libro: Theory of the Earth): Pasado Presente ca. 1800: Cuvier y Brogniart: Estratigrafía de la Cuenca de París con fósiles: TERCIARIO! 1830: Charles Lyell publica el Libro Principles of Geology. 1862: Lord Kelvin: Estudia la luminosidad del sol, mareas de la luna, rotación de la tierra, etc. Supone con bases científicas que la edad de la tierra es de 100 Ma. Mas tarde en 1897: entre 20 y 40 Ma. 1896: Henri Becquerel: Descubre la radiactividad. HISTORIA DE LA GEOQUÍMICA ISOTÓPICA (GEOCRONOLOGÍA)

5 1898: Marie Curie: Descubre el Th, Po, Ra. 1899: Rutherford: Investiga estas sustancias radiactivas y encuentra que están compuestas de partículas (= 4 He), (positivos y negativos) y (similares a Rayos-X). 1900: Soddy y Rutherford estudian el Th y sus componentes, además encuentran la tasa de desintegración (ACTIVIDAD): –dN/ dt = N ( = constante de decaimiento; t = tiempo; N = número de átomos radiactivos presentes) 1912: Bohr propone el modelo atómico 1 H. 1914: Richard y Lambert: Descubren que los pesos atómicos no son números enteros e introducen el término isótopo. 1919: Rutherford encuentra que el núcleo del átomo tiene protones (p+).

6 1914: Aston diseña un ESPECTRÓGRAFO de masas y determina 212 de los 287 isótopos que ocurren en la naturaleza y calcula la masa se cada uno de estos elementos. 1940: Nier calcula la composición isotópica del Pb, basado en el decaimiento radiactivo de U-Th. Además, diseña un ESPECTRÓMETRO de masas y establece las bases para el método de K-Ar. OTROS PUNTOS IMPORTANTES 1903: Marie y Pierre Curie descubren que el decaimiento radiactivo es un proceso exotérmico. Afecta tasas de calor en la tierra > Premio Nobel de Física. Los halos pleocroicos (p.ej. en micas) son resultado de daños por radiación. 1913: Holmes determina la edad del Arqueano en 1,300 Ma. 1931: Urey descubre el 2 H= D (Deuterio) a partir de la diferencia de presiones de vapor en el hidrógeno. También descubre que el O sufre un fraccionamiento natural en carbonatos marinos.

7 LOS ELEMENTOS QUÍMICOS ESTÁN FORMADOS DE ÁTOMOS CON: Protones (+) Neutrones (+/-) Electrones (-) En donde: N= # de neutrones Z= # protones (# atómico) A= masa atómica (suma de N+Z; # masa)

8 Isótopo: Núclido que contiene el mismo número de protones (Z), pero diferente número de neutrones (N). Mismo elemento!! Isótono: Contiene el mismo número de neutrones (N) y diferente número de protones (Z). Diferentes elementos!! Isóbaro: Igual # masa (A), diferentes números de protones (Z) y neutrones (N). Diferentes elementos!! Tipos de Núclidos Z N+Z Z A Ejemplo de notación para un isótopo de neón: Ne = X = X

9 ISÓTOPOS ISÓTONOS ISÓBAROS Número de neutrones (N) Número de protones (Z)

10 Abundancia de los elementos : H y He > mas abundantes Li y Be > extremadamente baja Fe > muy abundante Pb > mas alto de lo esperado U > elemento poco abundante Z=84-89 > baja, productos del decaí- (Po-Ac) miento de U y Th

11 Efecto Oddo-Harkins

12 Tabla de núclidos # Z y/o N mágicos: 2, 8, 10, 20, 28, 50, 82, total ca núclidos - solamente 270 (ca. 10%) núclidos estables (campos negros) - distribución de los núclidos estables: AZN # de núclidos estables parparpar161 nonparnon 55 nonnonpar 50 parnonnon 4 total270

13 Abundancia de los isótopos de estaño (Z = 50)

14 Decaimiento radiactivo El núcleo de átomos inestables se transforma espontánea- mente a una configuración mas estable con la emisión de partículas ( ) y energía de irradiación > fenómeno de la radiactividad. Tipos de decaimiento : - Beta Negativo ( -, Negatrón ) - Beta Positivo ( Positrón) -Captura de electrones -Alfa -Fisión espontánea

15 Decaimiento radiactivo - Vida Media T 1/2 = ln2/ Geyh & Schleicher (1990)

16 Átomo Diámetro de un átomo (con su capa de electrones) ca cm = 1 Å (Angström). El núcleo es 10,000 veces más pequeño y tiene un diámetro de hasta cm ( Å). La densidad del núcleo es ca g/cm 3. Peso atómico (ejemplo): Isótopo Masa Abundancia 35 Cl x = Cl x = Peso atómico = amu amu = atomic mass units

17 Decaimiento Beta Negativo (Negatron) Un neutrón es convertido en un protón más un electrón. El electrón es expulsado del núcleo y es lo que se conoce como una emisión -. Además del electrón, se emite también un antineutrino mas energía. Z+1; N-1 1n 1p+1e - + +Q 14 C 14 N) ! Productos siempre isóbaros!! Núcleos con exceso de neutrones (p.ej. 87 Rb 87 Sr

18 Decaimiento Beta Positivo (Positrón) Z-1; N+1 1p 1n+1e + + +Q Un protón es convertido en un neutrón más un positrón (cargado positiva- mente). El positrón es emitido del núcleo más un neutrino. Productos siempre isóbaros!! Núcleos con déficit de neutrones (p.ej. 18 F 18 O 22 Na 22 Ne)

19 Captura de electrones Z-1; N+1 1p+1e - n+ +Q Mecanismo alternativo al decaimiento Beta Positivo: Un núcleo disminuye su número de protones y aumenta su número de neutrones por medio de la captura de uno de sus electrones extranucleares (capa K con preferencia, pero también L y M). El electrón capturado se reúne con un protón + emisión de un neutrino + energía (rayos x). p. ej. 40 K 40 Ar (rayos X) Productos siempre isóbaros!!

20 Ejemplos de decaimientos tipo Beta

21 Decaimiento ramificado Un isótopo inestable puede decaer a través de diferentes mecanismos isobá- ricos. P. ej. el decaimiento del 40 K por, +, y captura de elec- trones.

22 Decaimiento ramificado

23 Decaimiento Alfa Z-2; N-2; A-4 El decaimiento alfa occure en núclidos pesados (Z>58(Ce)) por medio de la emisión de un átomo de He ( 4 He). Aquí sí existe una pérdida de masa en el núcleo, la cual es equivalente a 4. P.ej. 147 Sm 143 Nd; 238 U 234 Th Productos: isótopos de diferentes elementos!!

24 Series de decaimiento del 238 U 245 ka 80 ka 4.5 Ga 1600 a 3.8 d 22.3 a

25 Fisión espontánea Ocurre en núcleos pesados. Se generan dos núcleos asimétricos con diferentes valores de Z (A entre 30 (Zn) y 65 (Te) más neutrones y partículas alfa + energía. Los productos tienen exceso de N. Este mecanismo de decaimiento libera neutrones por lo que propicia reacciones en cadena. También artificial!!

26 Fisión artificial U tiene 3 isótopos y todos son radiactivos: 238 U = %; 235 U = 0.720%; 234 U = 0.005%. 235 U con 92 protones y 143 neutrones (non!) se puede fisionar por neutrones térmicos, 238 U no. Para el uso en elementos de combustión en reactores nucleares (o bombas atómicas) hay que enriquecer el 235 U hasta 3%. Distribución de los productos de fisión del 235 U.

27 Autoradiografía de hongos de Alemania después del accidente de Chernobyl en 1986 (exposición: 84 días). 137 Cs Trazas por fisión en un zircón con una edad de 300 Ma.

28 137 Cs 0.1 mm 1 mm mm

29 137 Cs Unidades radiométricas

30 externa interna total Radiación cósmica núcl. cosmogénicos radionucl. primordiales: 40 K Serie del 238 U: 238 U- 226 Ra Ra- 214 Po Pb- 210 Po130 Serie del 232 Th total Exposición anual en Sv Permitido (Alemania) : 2.4 mSv/a


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