Objetivos: Conocer los procesos y las herramientas fundamentales que permiten determinar el origen y la evolución de las rocas ígneas Aprender a utilizar las herramientas y los fundamentos de la geoquímica para elaborar interpretaciones geológicas con ellos Petrogénesis Ígnea Teresa Orozco y Arturo Gómez-Tuena

Definiciones y Principios Petrología Petrografía Petrología Ígnea Magma Rocas Ígneas Petrogénesis Ígnea Geoquímica

¿Por qué utilizar la geoquímica? Cuantitativa Reproducible ¿Da mayor validez a los argumentos? Objetividad Geoquímica (Ciencia): Observaciones+Teorías BrechaConglomerado Discordancia de Hutton

Problemas abordados a través de la Geoquímica Cuantificación de la escala de tiempo geológico Formación de la Tierra – Química meteoritos Temperatura y profundidad de cámaras magmáticas Existencia de plumas del manto Sedimentos se subducen y se reciclan en las rocas de arco Presión y temperatura de rocas metamórficas Tasas de levantamiento y erosión de cadenas montañosas Origen de la atmósfera, corteza, manto y núcleo Origen de la vida en la tierra y ¿en otros planetas? Origen de los recursos no renovables (minerales, petróleo)

Geoquímica y Desarrollo Tecnológico TecnologíaGeoquímica Simbiosis Microsonda y microscopio electrónico Difracción de r-X, resonancia magnética y espectrometría raman (orden y enlaces atómicos) Fluorescencia de R-X e ICP-MS (Concentración elementos) Espectrómetros de masas con colectores múltiples (rel. Iso.) Computadoras

Herramientas Geoquímicas (Primera Parte del Curso) –Termodinámica –Cinética –Geoquímica de elementos traza –Geoquímica Isotópica 100MPa=1Kb=~3Km 90 km

Composición de la Tierra I: El manto y el núcleo Composición de la Tierra II: La corteza Petrogénesis y Tectónica de Placas (seminarios) La Composición de la Tierra (Segunda parte del Curso)

Comenzando desde el principio... Elemento: –Sustancia fundamental con la que se constituye la materia Átomo: –Partícula más pequeña de la materia que retiene las propiedades químicas de un elemento Átomo de Silicio tomado con un microscopio de fuerza atómica m = metros Átomo: Protones (Z + ) Neutrones (N o ) Electrones (e - ) Núcleo

La Tabla Periódica de los Elementos Las propiedades químicas de los elementos son una función periódica del número atómico... D.I. Mendeleyev (1834 – 1907)

Propiedades de los elementos Número Atómico (Z): - Es el número de protones presentes en un átomo - Es la propiedad más importante de un átomo pues controla su configuración electrónica (número de electrones) y por lo tanto sus propiedades químicas

Propiedades de los elementos Masa Atómica: Número Atómico (Z) Isótopos Isotones Isóbaros Número de Neutrones (N) Es la suma de neutrones y protones en un átomo (Z+N) La masa atómica de los elementos es variable y depende del número de neutrones presentes

El Peso Atómico –Peso en Unidades de Masa Atómica (amu) –1 amu = 1/12 de la masa del 12 C –Peso atómico del 12 C = 12 amu –Peso atómico  Masa atómica –Peso Atómico depende: Peso de cada isótopo (amu) Abundancia (%) PesoAbundanPeso x Ab 35 Cl Cl Peso Atómico del Cl = amu Nota Bene: 1 Gramo = 600,000,000,000,000,000,000,000 amu

Configuración electrónica de los elementos –Número Atómico determina el número de electrones –Estructura electrónica determinada por 4 números cuánticos: Principal (n=1,2,3...). Energía y distancia desde el núcleo Azimutal (l=0,1,2,...n-1). Momento angular y forma del orbital Magnético (m=-l...+l). Orientación de la órbita Spin (s=+1/2 o –1/2). Sentido del Giro –Principio de exclusión de Pauli Wolfgang Pauli ( )

OrbitalMax No. electrones l=0 (s)2 l=1 (p)6 l=2 (d)10 l=3 (f)14 Configuración electrónica de los elementos –Electrones ocupan distintos niveles o capas, correspondientes al número cuántico n. Cada capa a su vez está formada por diversos orbitales definidos por el número cuántico l. –Se acostumbra definir el orbital de cada electrón con una letra: HidrógenoCarbono 1s 1 1s 2 2s 2 2p 2 Max. Num. Electrones por capa =2n 2

Na, Gpo 1, tiene 11 e -, 1 e - en su capa externa Al, Gpo 13, tiene 13 e -, 3 e - en su capa externa Mg, Gpo 2, tiene 12 e -, 2 e - en su capa externa Si P S Cl Ar, Gpo 18, tiene 18 e -, 8 e - en su capa externa Grupo 14 Periodo 3 C, tiene 2 capas Si, tiene 3 capas Ge, tiene 4 capas Sn, tiene 5 capas Pb, tiene 6 capas Configuración electrónica La posición de un elemento en la tabla periódica nos permite conocer sus propiedades químicas... Periodos: –Distintos niveles energéticos (capas) Grupos: –Misma configuración en la capa más externa 15

Algunas propiedades químicas de los elementos –Potencial de Ionización: Energía que se requiere para quitar un electrón de la capa más externa. Energía para formar cationes. –Electronegatividad: Cuantifica la capacidad de un elemento para atraer un electrón y compartirlo con otro elemento. ¡Algunas de las moléculas más comunes están formadas por átomos localizados en los extremos de la tabla!

Algunas propiedades químicas de los elementos –Valencia: El número de electrones que un átomo es capaz de ceder o aceptar. –Radio Iónico: Se deduce a partir de la distancia del enlace cuando un átomo está unido con otro. Controla: Las sustituciones en las redes cristalinas La solubilidad +Radio r (anión) =d-r (catión)

–Grupo 18. No participa en ningún enlace químico. –Grupo 1. Altamente reactivos pues ceden 1 electrón con facilidad. Son muy solubles y forman soluciones alcalinas. –Grupo 2. Similar al 1 pero con moderación. –Grupo 17. Altamente reactivos y solubles. Son electronegativos pues ganan fácilmente un electrón. –Grupos Son relativamente menos reactivos y forman enlaces covalentes –Grupos Son muy variables. En general no son solubles ni muy reactivos. –Las tierras raras. Tienen 2 electrones libres en su orbital 6s y por lo tanto se comportan de forma similar. Su radio iónico decrece sistemáticamente. En Resumen

Enlaces Químicos Enlace Iónico Enlace Covalente Enlace Metálico Enlace de Hidrógeno H2OH2O

Los Materiales Terrestres ElementoTierraManto+Corteza O29.7%44% Fe31.9%6.3% Mg15.4%23% Si14.2%21% Ni1.8%Trazas Ca1.7%2.5% Al1.6%2.4% Total –La mayor parte del Fe y Ni están en el núcleo –La tierra rocosa (manto+corteza) está formada de silicatos O -2 Si +4 O -2

Filosilicatos. Comparten tres oxígenos y forman hojas. Micas, arcillas. Biotita= K(Mg,Fe) 3 AlSi 3 O 10 (OH) 2 Tipos de Silicatos Nesosilicatos. Tetraedros Independientes. Unidos por cationes (Fe, Mg, Zr). Olivino= (Mg, Fe) 2 SiO 4 Inosilicatos. Tetraedros en cadena. Comparten un oxígeno. Piroxenos. Opx= (Mg, Fe) SiO 3 y Cpx= Ca(Mg, Fe) Si 2 O 6 Inosilicatos dobles. Tetraedros en cadena doble unidos por las esquinas. Anfíboles. Hornblenda= Ca 2 Na(Mg,Fe) 4 Al 3 Si 8 O 22 (OH) 2 Tectosilicatos. Comparten los 4 oxígenos y forman estructuras. Cuarzo, feldespato. Ab=NaAlSi 3 O 8 Sorosilicatos. Comparten 1 oxígeno. Epidota. Ciclosilicatos. Anillos. Turmalina. Otros