“Líquidos y gases olvidan, pero las rocas recuerdan” ISÓTOPOS INESTABLES Sistema Rb-Sr Cálculo de Isocronas “Líquidos y gases olvidan, pero las rocas recuerdan” J.A. O’Keefe

GEOCRONOLOGIA Edad de las rocas GEOLOGIA O GEOQUIMICA ISOTOPICA Estudios petrogenéticos para identificar procesos y fuentes RADIOGENICOS ISOTOPOS =Z; N; A=Z+N AZX Núclidos masa=> comportamiento en procesos físicos y químicos

-dP = lP dt Todo parte de: NÚCLIDO INESTABLE  NÚCLIDO(S) ESTABLE (RADIOACTIVO) (RADIOGÉNICO) Desintegración radiactiva (Radioactive decay) -dP = lP dt La velocidad de desintegración de un núclido radioactivo es proporcional al n° de átomos de núclido padre (por unidad de tiempo) La tasa de decaimiento es constante y el proceso no es afectado por condiciones físicas y químicas del sistema (P°, T°, [X], etc) Suponiendo que: Po+Ho=P+H H = Ho + P*(exp(lt)-1) Donde: H: Cantidad del núclido hijo producido Ho: Cantidad inicial del núclido hijo P: Cantidad del núclido padre l: Constante de decaimiento

Radioactive Decay - µ dN dt N o = N l 1 ½ # átomos padre ¼ tiempo  Note half-life is a constant (as is decay constant) # átomos padre tiempo 

Línea recta  isocrona (Best fit line) GEOCRONOLOGÍA ISOCRONAS Diagrama bivariante de relaciones de isótopos P-H Pueden hacerse con: Varios minerales de la misma roca Varias rocas cogenéticas (>3), con distinta cantidad de P e H H = Ho + P*(exp(lt)-1) Y = a + m*X Línea recta  isocrona (Best fit line) Ho  a exp(lt)-1 [edad]  m

No solamente entrega edad (t), también la razón inicial (Ho) REQUISITOS ISOCRONA: Serie de Rx cogenéticas formadas del mismo material parental (FP, FX, etc) Sistema cerrado para P e H en t-to (sólo decaimiento radioact.) Exactitud de medida de P e H (espectrómetro de masas) Razón Padre/Hijo debe ser alta (por ejm. Rx. ácidas P/H~>1) Conocer con exactitud la vida media (l ) MSWD < 1.0 (ninf) (2.5 norm.)  error analítico > 2.5  error geológico (ERROCRONA) VENTAJAS ISOCRONA: No solamente entrega edad (t), también la razón inicial (Ho)

Sistema Rb-Sr Desintegración : Neutrón  Protón + é 87Rb = 87Sr + b- + Q 37 38 radioactivo estable energía de decaimiento

Elemento Rb RI Rb= 1.49 (!) A, similar al RI K = 1.33 A Elemento traza altamente incompatible y móvil en manto y corteza Rb sustituye K en Micas, K-Feld., Bt, Hb. Tiene 2 isótopos que ocurren naturalmente: 85Rb = 72.1654% 37 87Rb = 27.8346% l = 1.42 x 10-11 años-1  t1/2 = 48.8 * 109 años

Elemento Sr RI Sr2+= 1.13 A, similar a RI Ca2+ = 0.99 A Generalmente como Elemento Traza Sr sustituye Ca en Plag (K-Feld), Ap, Cc (pero NO en CPx) 4 isótopos naturales estables: 88Sr : 87Sr : 86Sr : 84Sr en muestra promedio 10 : 0.7 : 1 : 0.07 86Sr estable, no formado por desintegración radiaoctiva de ningún isótopo padre OBS: Ambos (Rb y Sr) se concentran en la fase líquida (incompatibles) Rb más incompatible que Sr Cristalizacón Fraccionada: Rb/Sr => Corteza Fusión Parcial: Rb/Sr => Manto

87Sr = 87Sr + 87Rb(exp(lt) – 1 ) 86Sr 86Sr o 86Sr 87Sr = 87Sro + 87Rb (exp(lt) – 1) 87Sr = 87Sr + 87Rb(exp(lt) – 1 ) 86Sr 86Sr o 86Sr > Ecuación para una línea en un gráfico 87Sr/86Sr vs. 87Rb/86Sr 87Sr _ 87Sr t = 1 ln 86Sr 86Sr o + 1 l 87Rb 86Sr 87Rb = Rb * Ab87Rb * WSr 86Sr Sr Ab86Sr * WRb medido abundancia pesos atómicos

( ) to Comenzamos con 3 rocas (ptos. a, b, c) en un tiempo t0 86Sr 87Rb

Después de un tiempo (t1 > t0) cada muestra pierde algo de 87Rb y gana una cantidad equivalente de 87Sr a b c a1 b1 c1 t1 to 86Sr 87Sr 87Rb o ( )

Al tiempo t2 cada sistema de rocas ha evolucionado  nueva línea Se mantiene la linearidad pero con mayor pendiente a b c a1 b1 c1 a2 b2 c2 t1 to t2 86Sr 87Sr o ( ) 86Sr 87Rb

(87Sr/86Sr)o = valor inicial de 87Sr/86Sr La técnica de la isocrona entrega dos resultados valiosos: La edad de las rocas (m= exp(lt)-1) (87Sr/86Sr)o = valor inicial de 87Sr/86Sr Rb-Sr isochron for the Eagle Peak Pluton, central Sierra Nevada Batholith, California, USA. Filled circles are whole-rock analyses, open circles are hornblende separates. The regression equation for the data is also given. After Hill et al. (1988). Amer. J. Sci., 288-A, 213-241.

DESVENTAJAS SISTEMA Rb-Sr Rb y Sr móviles (solubles) en procesos hidrotermales y metamórficos a bajas T° Sensible a eventos termales sobreimpuestos al sistema

Aplicaciones en Petrogénesis ISÓTOPOS INESTABLES Sistema Rb-Sr Aplicaciones en Petrogénesis

Variaciones isotópicas entre rocas, etc. debido a: 1. Fraccionamiento de masas (isótopos estables) Efectiva solo para isótopos livianos: H He C O S

Variaciones isotópicas entre rocas, etc. debido a: 1. Fraccionamiento de masas (isótopos estables) 2. Isótopos hijos producidos en variadas proporciones que resultan de eventos previos de fraccionamiento químico 87Rb  87Sr por decaimiento radiactivo Basalto  Riolita por FX (proceso de fraccionamiento químico) Riolita tiene mas Rb que un basalto 87Rb  más 87Sr en el tiempo en una riolita que en un basalto Razón 87Sr/86Sr será diferente en cada roca Last line: 39Ar is neither radiogenic nor radioactive - why use it??

Variaciones isotópicas entre rocas, etc. debido a: 1. Fraccionamiento de masas (isótopos estables) 2. Isótopos hijos producidos en variadas proporciones que resultan de eventos previos de fraccionamiento químico 3. Tiempo Mientrás más tiempo pase (87Rb  87Sr), mayor será la diferencia en las razones isotópicas entre el basalto y la riolita

Figure. Estimated Rb and Sr isotopic evolution of the Earth’s upper mantle, assuming a large-scale melting event producing granitic-type continental rocks at 3.0 Ga b.p After Wilson (1989). Igneous Petrogenesis. Unwin Hyman/Kluwer.