Isótopos de Pb Intro a la geocronología de U-Pb, el método U-Pb Diferencias, pros y cons de ID-TIMS, LA-ICPMS, SHRIMP El método Pb-Pb, isotopía de Pb, aplicaciones Que hacemos en México (LUGIS y CGEO), y que haremos. Ejemplos Tarea (asignada hoy, a entregarse el miércoles 25-4)

Intro a la geocronología de U-Pb Basada en el decaimiento de U (Th) a Pb Pb tiene 4 isótopos, 3 radiogénicos (206, 207, 208) y uno no radiogénico (“Pb común”, 204) Vida Media: 238U → 206Pb λ= 1.551 x 10-10 a-1 → t1/2= 4.47 Ga decaimiento α & β 235U → 207Pb λ= 9.849 x 10-10 a-1 → t1/2= 707 Ma 232Th → 208Pb λ= 0.49475 x 10-10 a-1 → t1/2= 14.01 Ga

Ecuaciones Consideramos un sistema (i.e., un granito) de edad t: De la ecuación básica del decaimiento: Por cada serie de decaimiento puedo escribir: 206PbP = 206Pbi + 238U (el238 t -1) 207PbP = 207Pbi + 235U (el235 t -1) 208PbP = 208Pbi + 232Th (el232 t -1) en donde P indica la abundancia ahora (presente), e i la abundancia inicial de cada isótopo Dividimos por 204Pb, con el fin de tener relaciones isotópicas y no abundancias absolutas (las rel. isotópicas son las que medimos con un espectrómetro, ICP, etc.)

Obtendremos, para las dos cadenas de decaimiento de U: En teoría, estos valores se podría usar para construir isócronas como para Rb-Sr ¿Cuales son las asumpciones que hay que hacer cuando hablamos de isócronas?

Ejemplo: datos del Granite Mtns batholith, WY: Tanto el Pb como el U no complen con dichos requerimientos, i.e. los dos no son inmóviles, aún en condiciones de intemperismo. Ejemplo: datos del Granite Mtns batholith, WY: Línea de referencia, Edad verdadera del batolito

La combinación de los dos esquemas de decaimiento de U a Pb permite que fechemos aún en condiciones de posibles pérdidas de U y/o Pb. Tres métodos: El sistema U-Pb (e.g., zircones) El sistema Pb-Pb (e.g., Pb común) Las edades modelos de Pb, o de galena Con el método de isocrona, sin embargo, han sido fechados con bastante éxito carbonatos, sólo si primarios.

El método de fechamiento por U-Pb Propiedades de un buen reloj isotópico Contenido abundante del isótopo padre (e.g. U) No contener abundante isótopo hijo de manera natural (i.e., casi no tener Pb “común”) Tener una estructura cristalina “fuerte” y poco sensible a disolución, alteración, etc.

Si existe un mineral que incorpora U al momento de su cristalización y no incorpora Pb (i.e., no hay Pb “inicial”), la ecuación 206PbP = 206Pbi + 238U (el238 t -1) se puede simplificar eliminando el 206Pb inicial: 206Pb* = 238U (el238 t -1) Con 206Pb* equivalente al 206Pb radiogénico Podemos así obtener, para 206Pb y 207Pb:

Los minerales que han quedado como sistema cerrado dan valores concordantes de t, cuando se usan sus composiciones isotópicas en el lado izquierdo de la ecuación. Una vez graficados en un diagrama, los valores concordantes definen una curva denominada Concordia por Wetherhill (1956).

El zircón: el rey Tiene alto contenido de U (generalmente, > 100 ppm) Estructura cristalina compacta → Una vez cristalizado, el U se queda adentro, y también el Pb* (*=radiogénico) tiene esta tendencia No contiene Pb inicial. Su relación 206Pb/204Pb es >= 1000. Con la cantidad de 204Pb se estima el contenido de Pb común Su TC para el sistema U-Pb ~800°C → Cristaliza en la mayoría de los mágmas → Podemos fechar edades de cristalización o de metamorfismo de alto grado Alta resistencia mecánica (dureza 7) y química (silicato muy resistente, se disuelve en una mezcla HF + HNO3 conc. Sólo a altas P y T)

Otros minerales Titanita TC aprox 550-700°C, pero depende de la facies metamórfica, composición de fluidos, etc. Incorpora mayor Pb común en la estructura 206Pb/204Pb es ~ 100-200 Monazita TC aprox 700°C, muy buena para fechar eventos en metamorfismo Xenotima se usa para fechar diagénesis, TC aprox 400°C Rutilo en rocas metamórficas, TC aprox 450°C Badeleita, especialmente en rocas máficas cuales gabros. TC aprox 800°C

Como fechamos por ID-TIMS? Pulverización muestra, concentración zircones por medio de mesa vibredora, Frantz, MI. Selección material bajo el binocular Pesado Pulido Digestión Spike (208Pb/235U, o 205Pb/235U) Separación química Corrida en el espectrómetro…

Ventaja de U-Pb por ID-TIMS EDAD!!! Antes, se corrige para el eventual Pb común inicial, midiendo la relación isotópica de Pb en feldespatos coexistentes. O utilizando Stacey & Kramers 1975 Ventaja de U-Pb por ID-TIMS Obtengo tres edades: 206Pb/238U 207Pb/235U 207Pb/206Pb (relación entre los Pb’s radiogénicos) (208Pb/232Th si se mide Th, casi nunca se hace!)

Si mis dos relojes coinciden, mi edad es concordante

Edades discordantes Aunque los zircones tienen una estructura compacta, el Pb se puede remover La movilidad del Pb se debe a su carga 2+ (en lugar que el 4+ de U y Th) y a su más largo radio iónico Ocurre si el zircón tienen daños por radiación (metamictización). Si el zircón es prestino, no pierde Pb El Pb puede removilizarse por diffusión, fluidos (hidrotermalismo), metamorfismo. Importante: los diferentes isótopos de Pb no se fraccionan en un zircón, la pérdida de Pb ocurre a lo largo de una línea (discordia)

Discordias e interceptas En general, la intercepta superior marca un evento de cristalización, la intercepta inferior un evento de perturbación y/o metamorfismo (i.e., pérdida de Pb) Intercepta inferior válida solo si suportada por otras evidencias geológicas y/o geocronológica (e.g. Mezger & Krogstad, 1997, JMG 15) N.B.: la pérdida de Pb se evidencia, a veces, con edades de Pb-Pb por evaporación (Kober, 1987, CMB 96)

Infos adicionales Zircones grandes pierden menos Pb que los chicos (menor relación superficie/volumen) Zircones con alto U se vuelven más metamícticos y pierden más Pb que los de bajo U Los zircones metamícticos incorporan impuridades como Fe: zircones más ferromagnéticos son generalmente más discordantes Utilidad de separación magnética con Frantz Si se remueve la parte externa del zircón (más metamíctica, con más pérdida) por abrasión, se obtienen edades más concordantes (Krogh, 1982) Utilidad de abrasión de zircones

Edades heredadas Mismo, pero al revés: zircones que crecen alrededor de núcleos heredados Pueden ser discordantes, y en este caso la intercepta inferior es la edad de crecimiento, la superior es la edad del núcleo

Catodoluminiscencia Herramienta muy útil para investigar la morfología interna de los zircones. Distribución algunas REE en las diferentes zonas Evidencia la presencia de núcleos, sobrecrecimientos, etc.

Errores en ID-TIMS Errores en la determinación de relaciones isotópicas 206Pb/207Pb: ± 0.1% 206Pb/238U: ± 0.3% Errores en las constantes de decaimiento: 235U = ±0.28% (2σ) 238U = ±0.22% (2σ) Fraccionamiento isotópico añade 0.1% a cada medición, i.e. 0.1% para 206/207 y 0.2% para 206/238 Corrección por Pb común: errores de ± .02 (2σ) En resumen, para ID-TIMS: mejor precisión alcanzable en edades 207Pb/206Pb es de ~5 Ma, mientras que las edades 206Pb/238U normalmente tienen un error de ± 0.5%.

Presentación alternativa: Tera-Wasserburg Presentación alternativa que reduce la correláción de error entre X y Y (en la concordia tradicional los dos están fuertemente correlados, y dependientes de las costantes de decaimiento de 238U y 235U)