K-Ar y Ar-Ar

Helio (helios – Sol, Janssen 1868) Los gases nobles que se utilizan en geoquímica son: Helio (helios – Sol, Janssen 1868) Neón (neos – nuevo, Ramsay & Travers 1898) Argón (argos – inactivo, Cavendish 1785, Rayleigh & Ramsay 1894) Kriptón (kryptos – oculto, Ramsay & Travers 1898) Xenón (xenos – extraño, Ramsay & Travers 1898)

Características de los gases nobles: Químicamente inertes (sólo enlaces de Van der Waals) Grupo geoquímicamente coherente (He, Rn) En sentido cósmico son muy abundantes, pero en la Tierra son escasos (“gases raros”) Son elementos traza por excelencia (la concentración de Xe en una roca puede ser inferior a 0.0001 ppb) Se pueden separar químicamente muy bien de las especies reactivas Mismas técnicas analíticas para todos, excepto Rn (el 222Rn es radioactivo, emisor alfa) Permiten estudios de gran sensibilidad: son escasos, se modifican muy rápido las concentraciones, entre otras razones. Tienen entre dos y nueve isótopos estables

40K-40Ar

EL MÉTODO K-Ar K (Z = 19) K es un metal alcalino (grupo IA) como Rb, Cs, Na y Li. El K está presente en muchos minerales como las micas, feldespatos K, hornblenda, etc. K es el octavo elemento más abundante en la corteza continental. Radio iónico K+ = 1.33 Å K tiene 3 isótopos naturales y 17 artificiales (35K - 54K) Naturales: 39K (93.2581 %) 40K (0.01167%) y 41K (6.7302%). Peso atómico: 39.098304 uma Ar (Z = 18) Ar es un gas noble (con He, Ne, Kr, Xe, Rn). Ar es el tercer gas más abundante en la atmósfera (0.934 vol.%). Ar y He son los gases nobles más abundantes en rocas y minerales. Radio iónico Ar = 1.9 Å. Ar tiene 3 isótopos naturales y 19 artificiales (31Ar-51Ar). Naturales (ab. en la atm.): 40Ar (99.60%); 38Ar (0.063%) y 36Ar (0.337%). Peso atómico: 39.9476 uma; 40Ar/36Ar atm = 295.5 (ahora 298.56 ± 0.31))

EL MÉTODO K-Ar, historia: 1905. Descubrimiento de la actividad beta del K 1928. Descubrimiento de la actividad gamma del K 1937. Weiszäcker relaciona la actividad del 40K con el 40Ar de la atmósfera. Imagina el geocronómetro. 1948. Suess y Harteck extraen argón total de muestras de silvita. 1948. Aldrich y Nier también extraen Ar de 4 minerales. Lo midieron isotópicamente y demuestran que el 40Ar es radiogénico. 1950. Smits y Gentner. Realizan la primera datación K-Ar de una silvita de 25 Ma. 1951. Gerling data por primera vez un meteorito con el método K-Ar.

Decaimiento ramificado 40K 40 𝐾 𝛽 − 40 𝐶𝑎 - = 4.962 x 10-10 a-1 40 𝐾 𝛽 + , 𝑐.𝑒 40 𝐴𝑟 e = 0.581 x 10-10 a-1 =5.543 x 10-10 a-1

EL MÉTODO K-Ar, ecuación de la edad Donde: t: edad : 5.543 x 10-10 a-1 e: 0.581 x 10-10 a-1 40K y 40Ar*: número de átomos de cada elemento (* significa radiogénico)

EL MÉTODO K-Ar, minerales Feldespatos K Plagioclasa Hornblenda Biotita Moscovita Sericita Flogopita Fengita Vidrios Arcillas Basaltos Roca total

Temperaturas de cierre (Harrison & McDougall, 1999) Hornblenda 530 ± 40ºC (685ºC*) Flogopita 400 - 470ºC Moscovita 350 ± 50ºC Fengita 350 ± 50ºC Biotita 280 ± 40ºC (373ºC) Feldespato K ca. 230ºC (230 ºC) * Berger & York (1981)

Requisitos para fechamientos por K-Ar No hay pérdida de 40Ar* en la muestra ( implica edades más jóvenes) Mineral queda cerrado para 40Ar muy pronto después de su formación ( enfriamiento ± rápido después de la cristalización del magma) Ninguna adición secundaria de 40Ar ( exceso de Ar, se obtienen edades más antiguas) Corrección apropiada por 40Aratm (40Ar* = 40Artot - 295.5 x 36Aratm) Sistema cerrado con respecto a K Determinación precisa de 40Ar y K

Medición de Ar: espectrometría de masas Línea del Laboratorio de Gases Nobles del IGL

Medición de Ar: espectrometría de masas Metodología del LGN del IGL

Medición de Ar: espectro isotópico de Ar Muestra Spike Aire 40Ar 38Ar 36Ar

Aplicaciones dataciones de minerales en rocas intrusivas y extrusivas (sanidino, micas, hornblenda, feldespato K, plagioclasa, etc). dataciones de vidrios volcánicos (sin inclusiones o síntomas de recristalización); vidrios ácidos (de riolitas) mejor que vidrios máficos (de basaltos). dataciones de minerales autigénicos (temp. bajas) glauconita. dataciones de rocas enteras preferiblemente en basaltos (de grano fino, sin fenocristales). intervalo de aplicación de >10,000 a hasta 4.56 Ga (meteoritos)

39Ar-40Ar

EL MÉTODO Ar-Ar Sigurgeirsson (1962) Merrihue (1965) Merrihue & Turner (1966) Modificación del método K-Ar convencional. Irradiación de una muestra (debe contener K) en un reactor con neutrones rápidos (E > 1 MeV), se forma 39Ar 39Ar es inestable y decae a 39K por emisión de partículas - con una vida media de 269 a

EL MÉTODO Ar-Ar, ecuación de activación Donde: : duración de la irradiación (E): flujo de neutrones a la energía E (E): la sección eficaz de captura de neutrones de energía E

EL MÉTODO Ar-Ar, ecuación de la edad Mineral monitor de flujo: estándar de edad conocida

EL MÉTODO Ar-Ar, parámetro J Sustituyendo: reordenando:

EL MÉTODO Ar-Ar, ecuación de la edad Muestra desconocida: u Muestra estándar: s

Calentamiento por pasos

Calentamiento por pasos Diferentes formas del espectro de edades del calentamiento por pasos. (a) Sistema cerrado desde el enfriamiento inicial. (b) y (c) Pérdida de argón en el borde del cristal pero inalterado en el centro.

Calentamiento por pasos

Ventajas del método 40Ar/39Ar se analiza solamente una fracción de la muestra, no hay problemas con heterogeneidades la técnica de desgasificación gradual (stepwise heating) permite detectar pérdida o exceso de Ar en la muestra el cálculo de edades por meseta o isócrona da normalmente edades con errores más pequeños en comparación a K-Ar Desventajas del método 40Ar/39Ar: método analítico muy complicado (se requiere de un reactor nuclear) parámetros de la irradiación no completamente reproducibles tiempo entre irradiación y medición muy largo (3-12 meses) efectos de recoil (retroceso del átomo que se forma de la reacción nuclear)