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Radioisotopía
Amezcua Montiel Abril
Avendaño Villeda Diana Angélica
Martínez García Ángel
García Lucero
Series de decaimiento radiactivo
• Isótopo: forma de un elemento de diferente
masa atómica (difiere en el número de
neutrones).
• Son inestables, mediante decaimiento
radiactivo pasan a ser isótopos de otros
elementos más estables.
• Series de decaimiento radiactivo.
Series de decaimiento radiactivo
Éstas son las
series más
utilizadas
Series de decaimiento radiactivo
Mecanismos de decaimiento
• Alfa: El núcleo se desembaraza de dos
protones unidos
• Beta: Un neutrón se transforma en un protón
por emisión de un electrón
• Gamma: No cambia ninguno de los
números N y Z. El núcleo esta excitado y
libera la energía en fotones.
• Existen unos 1 700 núcleos diferentes en su
número de masa; de éstos, sólo 260 son
estables. Son estables aquellos núcleos con
número de masa menor a 83 y con números
atómicos y neutrónicos muy parecidos.
• Existen unos 1 700 núcleos diferentes en su
número de masa; de éstos, sólo 260 son
estables. Son estables aquellos núcleos con
número de masa menor a 83 y con números
atómicos y neutrónicos muy parecidos.
Proceso para llegar a tener este tipo de
configuraciones (Figura 1)
Algunos Núcleos radiactivos no existen en la naturaleza
por sus grados de inestabilidad.
La vida media sólo depende de los núcleos.
¿Qué tan rápidamente decae un número Nx de
núcleos? Lambda λ = 0.693 / Tm
N = No e ‐lt
N= Número de átomos
No= Número inicial de átomos
Series radiactivas
• Núcleo padre Æ Núcleo Hijo
la constante de
decaimiento lo
constituye el
diámetro del
orificio
la constante de
decaimiento lo
constituye el
diámetro del
orificio
• las concentraciones de los elementos en rocas
y minerales debe ser muy exacta Æ
espectrógrafos de masas.
• Los isótopos utilizados deben existir
naturalmente en las rocas
Datación radiométrica
• Muestras grandes molidas a tamaño arena y
mezcladas para obtener una pequeña muestra
homogénea.
• Ésta se disuelve para realizar análisis
elementales o isotópicos, o se separan los
minerales de interés.
• La medición se hace
con un
espectrómetro de
masas
Datación con potasio‐argón
• Para fechar glauconita o rocas volcánicas.
• Vida media de 40K: 11.93 mil millones de años.
Decae en 40Ca y en 40Ar (sólo el 11%).
• Un inconveniente es que el argón, por ser un
gas, sale por difusión de la roca. Para
resolverlo…
Datación argón‐argón
• Se irradia una muestra de edad conocida y la
muestra problema con neutrones.
• El 39Ar forma 39K y de manera indirecta,
sabiendo la proporción formada, se puede
calcular la cantidad de 40Ar presente.
• Para ahorrar costos, se puede hacer un
calentamiento por pasos en la técnica potasio‐
argón para eliminar los errores en los cálculos.
METODOS DE FECHAMIENTO
RADIOMÉTRICOS E ISOTÓPICOS
¾Fechamiento de Rubidio‐Estroncio
¾Fechamiento de Samario‐Neodimio
¾Fechamiento de Renio‐Osmio
¾Fechamiento de Uranio‐Plomo
Rubidio‐Estroncio
• Método utilizado para datar rocas ígneas
– Rb ‐ Común como elemento traza en muchos minerales de silicato
– El isótopo 87Rb decae a 87Sr (decaimiento β)→ vida media 48 Ma.
– Las concentraciones de Rb y Sr en la roca medidos por Fluorescencia
de rayos X
– Método alternativo → datación de roca total
Proporción de
86Sr y 87Sr
Cantidad de 87Sr
Proporción del
Magma original
Samario‐Neodimio
• Estos elementos se presentan normalmente solo en ppm en
rocas (Elementos de Tierras raras).
– El isótopo es 147Sm, decae a 143Nd (emisión de partículas α) → vida
media de 106 Ga.
– Una ventaja es que los dos elementos se comportan de manera casi
idéntica.
– Se utiliza en el fechamiento rocas máficas y ultramáficas.
– Minerales que se ocupan: olivino, granate, piroxeno, anfíbol.
Renio‐Osmio
• Se produce en bajas concentraciones en la mayoría de las
rocas.
– Su isótopo natural más abundante 187Re decae a 187Os (decaimiento
beta) → vida media de 41.6 Ga.
– Es utilizada en yacimientos de sulfuro y basaltos, también la edad de
depósito de lutitas con alto contenido orgánico.
Uranio‐Plomo
• Los isotopos del U son inestables, decaen a Radón, Torio, y
Plomo. Dos decaimientos importantes en la datación
radiométrica son:
238U a 206Pb → vida media 4,47 Ma.
235U a 207Pb → vida media 704 Ma.
– Las proporciones de 238U y 235U son constantes.
238U con 99%
235U con 0.7 %
– Minerales que se ocupan: el zircón, monacita, esfena y apatito.
– El fechamiento del zircón con U‐Pb → procedencia de los sedimentos
• Zircón ayuda a establecer la edad de las rocas más antiguas en el mundo.
Aplicaciones del Fechamiento Radiométrico
• Única técnica que puede proporcionar edades absolutas de
las rocas a través de la estratigrafía.
– Se determina edad de la formación de minerales.
– Limitada en su aplicación por los tipos de rocas que se pueden fechar.
• No es posible fechar la formación de rocas compuestas por granos detríticos y esto
excluye la mayoría de areniscas, lodolitas y conglomerados.
• Ej. Las calizas (restos de organismos con partes duras de Ca, aragonita y calcita) no
pueden ser fechados.
• Una excepción es el mineral glauconita (mineral autigénico de ambientes marinos
poco profundos) puede ser fechado por métodos de K‐Ar y Ar‐Ar, pero es
fácilmente modificado.
– Es usada en la formación de rocas ígneas, si no ha sido gravemente
alterado o transformado.
– Las fechas de rocas metamórficas pueden proporcionar la edad del
metamorfismo, aunque puede tener complicaciones → varias fases de
metamorfismo.
– Las relaciones estratigráficas generales y edades isotópicas →
correlacionar los cuerpos ígneos intrusivos.
– Las unidades separadas geográficamente de roca ígnea →
determinación de las edades isotópicas de las rocas en cada localidad.
– La datación radiométrica también puede ser muy útil para demostrar la
correspondencia entre cuerpos ígneos extrusivos. Los inconvenientes
de correlación de este método son:
• Limitada gama de litologías que pueden estar fechadas.
• La precisión de los resultados.
Particularmente
con rocas más
antiguas.
182Hf‐182W
Hafnio
• Es litófilo: Son aquellos que tienen una
fuerte afinidad por el oxígeno, y
silicatos para formar rocas. Son
elementos que raramente se
encuentran en estado nativo ya que el
oxígeno abunda en la naturaleza.
182Hf - no existe hoy en la Tierra
Tungsteno
• Es siderófilo: Presentan una débil
afinidad por el azufre y por el
oxígeno. Son los elementos que
encontraremos en estado nativo.
Están en pequeña cantidades en el
núcleo terrestre
182W - si existe hoy, el manto terrestre tiene
una importante anomalía de este isótopo,
pues por ser siderófilo no debería estar en el
manto sino, en el núcleo
Diferenciación Planetaria
El
El Hf
Hf es
es lit
litó
ófilo
filo,
, el
el 182
182Hf ya no existe hoy en la Tierra
Hf ya no existe hoy en la Tierra
Sistema182Hf - 182W, (Jacobs, 2005)
El W es
El W es sider
sideró
ófilo
filo, el 182W si existe hoy.
El manto está anómalamente
enriquecido con él: material eyectado en
el Hot Spot de Hawaii
Vida Media: 9 Ma
Lento: el Hf tuvo tiempo de
transformarse en su > a W y
este se habría ido al núcleo en
formación. Hubiera quedado
muy poco Hf en el manto que
hoy lo veríamos como W
(hubiera poco W en manto)
¿Por qué, si es siderófilo?,
que ¿no debió haberse ido al
núcleo?. ¿Qué significa esta
anomalía?
Rápido: solo parte del Hf se hubiese
transformado a W yéndose al núcleo.
Una cantidad importante de Hf se hubiese
quedado en el manto, y hoy lo veríamos
como W en > proporción que en otras
partes de la Tierra
Otros Isótopos y Técnicas
Químicas
Isótopos de estroncio
• Isótopos comunes: 86Sr y 87Sr
• Se encuentra en la calcita
• No minerales recristalizados
• Sólo minerales carbonatados de aguas
marinas. (Excepción Aragonita)
No es una datación absoluta
No es una datación absoluta
Ejemplos:
• Rocas carbonatadas del Fanerozoico indica
que la proporción de estos isótopos en el mar
ha cambiado.
• La subducción de la corteza oceánica tiene
diferente proporción de 87Sr y 86Sr que el que
tiene el manto; con ello se puede trazar el
camino que deja la subducción a través del
manto.
• Rocas carbonatadas del Fanerozoico indica
que la proporción de estos isótopos en el mar
ha cambiado.
• La subducción de la corteza oceánica tiene
diferente proporción de 87Sr y 86Sr que el que
tiene el manto; con ello se puede trazar el
camino que deja la subducción a través del
manto.
Técnicas Termo‐cronológicas
• Determinar la edad a la que una roca estuvo a
cierta temperatura.
• La datación K‐Ar y Ar‐Ar pueden ser usadas se
restablecen entre 3,508 °C a 7,008°C
(Decaimiento Reloj)
• Análisis de fisión:
Zircon (mayor a 300°C)
Apatito ( mayor a 110°C)
Estratigrafía Química
• ∆ Procedencia + ∆ Mineralógica = ∆ Química
Partes altas
• La aparición de nuevos
tipos de clastos en la
sucesión de
sedimentos marcará el
tiempo en el que la
nueva fuente de
sedimentos fue
expuesta y erosionada.
• La aparición de nuevos
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sedimentos marcará el
tiempo en el que la
nueva fuente de
sedimentos fue
expuesta y erosionada.
Técnicas
1. Análisis Químico: Rápido y fácil. (Difícil de
interpretar)
2. Correlación con metales pesados (Más
efectivo)
3. Análisis de minerales arcillosos
Limitaciones
• La ubicación de la proveniencia del material
• Variaciones del tamaño
• Alteración diagenética
En sí, este tipo de estratificación
ha sido utilizada con éxito en
paquetes gruesos de depósitos
continentales que no contienen
fósiles y en escalas más finas.
En sí, este tipo de estratificación
ha sido utilizada con éxito en
paquetes gruesos de depósitos
continentales que no contienen
fósiles y en escalas más finas.
Bibliografía
• Nichols, G., 2009, Sedimentology and
stratigraphic, Wiley‐Blackwell
• W.M White, Geochemistry
• El TERCER PLANETA. Edad, estructura y
composición. Fondo de cultura económica.

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  • 2.
  • 3. Series de decaimiento radiactivo • Isótopo: forma de un elemento de diferente masa atómica (difiere en el número de neutrones). • Son inestables, mediante decaimiento radiactivo pasan a ser isótopos de otros elementos más estables. • Series de decaimiento radiactivo.
  • 4. Series de decaimiento radiactivo Éstas son las series más utilizadas
  • 6. Mecanismos de decaimiento • Alfa: El núcleo se desembaraza de dos protones unidos • Beta: Un neutrón se transforma en un protón por emisión de un electrón • Gamma: No cambia ninguno de los números N y Z. El núcleo esta excitado y libera la energía en fotones.
  • 7. • Existen unos 1 700 núcleos diferentes en su número de masa; de éstos, sólo 260 son estables. Son estables aquellos núcleos con número de masa menor a 83 y con números atómicos y neutrónicos muy parecidos. • Existen unos 1 700 núcleos diferentes en su número de masa; de éstos, sólo 260 son estables. Son estables aquellos núcleos con número de masa menor a 83 y con números atómicos y neutrónicos muy parecidos. Proceso para llegar a tener este tipo de configuraciones (Figura 1)
  • 8. Algunos Núcleos radiactivos no existen en la naturaleza por sus grados de inestabilidad. La vida media sólo depende de los núcleos. ¿Qué tan rápidamente decae un número Nx de núcleos? Lambda λ = 0.693 / Tm N = No e ‐lt N= Número de átomos No= Número inicial de átomos
  • 9. Series radiactivas • Núcleo padre Æ Núcleo Hijo la constante de decaimiento lo constituye el diámetro del orificio la constante de decaimiento lo constituye el diámetro del orificio
  • 10. • las concentraciones de los elementos en rocas y minerales debe ser muy exacta Æ espectrógrafos de masas. • Los isótopos utilizados deben existir naturalmente en las rocas
  • 11. Datación radiométrica • Muestras grandes molidas a tamaño arena y mezcladas para obtener una pequeña muestra homogénea. • Ésta se disuelve para realizar análisis elementales o isotópicos, o se separan los minerales de interés. • La medición se hace con un espectrómetro de masas
  • 12. Datación con potasio‐argón • Para fechar glauconita o rocas volcánicas. • Vida media de 40K: 11.93 mil millones de años. Decae en 40Ca y en 40Ar (sólo el 11%). • Un inconveniente es que el argón, por ser un gas, sale por difusión de la roca. Para resolverlo…
  • 13. Datación argón‐argón • Se irradia una muestra de edad conocida y la muestra problema con neutrones. • El 39Ar forma 39K y de manera indirecta, sabiendo la proporción formada, se puede calcular la cantidad de 40Ar presente. • Para ahorrar costos, se puede hacer un calentamiento por pasos en la técnica potasio‐ argón para eliminar los errores en los cálculos.
  • 14. METODOS DE FECHAMIENTO RADIOMÉTRICOS E ISOTÓPICOS ¾Fechamiento de Rubidio‐Estroncio ¾Fechamiento de Samario‐Neodimio ¾Fechamiento de Renio‐Osmio ¾Fechamiento de Uranio‐Plomo
  • 15.
  • 16. Rubidio‐Estroncio • Método utilizado para datar rocas ígneas – Rb ‐ Común como elemento traza en muchos minerales de silicato – El isótopo 87Rb decae a 87Sr (decaimiento β)→ vida media 48 Ma. – Las concentraciones de Rb y Sr en la roca medidos por Fluorescencia de rayos X – Método alternativo → datación de roca total Proporción de 86Sr y 87Sr Cantidad de 87Sr Proporción del Magma original
  • 17. Samario‐Neodimio • Estos elementos se presentan normalmente solo en ppm en rocas (Elementos de Tierras raras). – El isótopo es 147Sm, decae a 143Nd (emisión de partículas α) → vida media de 106 Ga. – Una ventaja es que los dos elementos se comportan de manera casi idéntica. – Se utiliza en el fechamiento rocas máficas y ultramáficas. – Minerales que se ocupan: olivino, granate, piroxeno, anfíbol.
  • 18. Renio‐Osmio • Se produce en bajas concentraciones en la mayoría de las rocas. – Su isótopo natural más abundante 187Re decae a 187Os (decaimiento beta) → vida media de 41.6 Ga. – Es utilizada en yacimientos de sulfuro y basaltos, también la edad de depósito de lutitas con alto contenido orgánico.
  • 19. Uranio‐Plomo • Los isotopos del U son inestables, decaen a Radón, Torio, y Plomo. Dos decaimientos importantes en la datación radiométrica son: 238U a 206Pb → vida media 4,47 Ma. 235U a 207Pb → vida media 704 Ma.
  • 20. – Las proporciones de 238U y 235U son constantes. 238U con 99% 235U con 0.7 % – Minerales que se ocupan: el zircón, monacita, esfena y apatito. – El fechamiento del zircón con U‐Pb → procedencia de los sedimentos • Zircón ayuda a establecer la edad de las rocas más antiguas en el mundo.
  • 21. Aplicaciones del Fechamiento Radiométrico • Única técnica que puede proporcionar edades absolutas de las rocas a través de la estratigrafía. – Se determina edad de la formación de minerales. – Limitada en su aplicación por los tipos de rocas que se pueden fechar. • No es posible fechar la formación de rocas compuestas por granos detríticos y esto excluye la mayoría de areniscas, lodolitas y conglomerados. • Ej. Las calizas (restos de organismos con partes duras de Ca, aragonita y calcita) no pueden ser fechados. • Una excepción es el mineral glauconita (mineral autigénico de ambientes marinos poco profundos) puede ser fechado por métodos de K‐Ar y Ar‐Ar, pero es fácilmente modificado. – Es usada en la formación de rocas ígneas, si no ha sido gravemente alterado o transformado.
  • 22. – Las fechas de rocas metamórficas pueden proporcionar la edad del metamorfismo, aunque puede tener complicaciones → varias fases de metamorfismo. – Las relaciones estratigráficas generales y edades isotópicas → correlacionar los cuerpos ígneos intrusivos. – Las unidades separadas geográficamente de roca ígnea → determinación de las edades isotópicas de las rocas en cada localidad. – La datación radiométrica también puede ser muy útil para demostrar la correspondencia entre cuerpos ígneos extrusivos. Los inconvenientes de correlación de este método son: • Limitada gama de litologías que pueden estar fechadas. • La precisión de los resultados. Particularmente con rocas más antiguas.
  • 24. Hafnio • Es litófilo: Son aquellos que tienen una fuerte afinidad por el oxígeno, y silicatos para formar rocas. Son elementos que raramente se encuentran en estado nativo ya que el oxígeno abunda en la naturaleza. 182Hf - no existe hoy en la Tierra
  • 25. Tungsteno • Es siderófilo: Presentan una débil afinidad por el azufre y por el oxígeno. Son los elementos que encontraremos en estado nativo. Están en pequeña cantidades en el núcleo terrestre 182W - si existe hoy, el manto terrestre tiene una importante anomalía de este isótopo, pues por ser siderófilo no debería estar en el manto sino, en el núcleo
  • 26.
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  • 30.
  • 31. El El Hf Hf es es lit litó ófilo filo, , el el 182 182Hf ya no existe hoy en la Tierra Hf ya no existe hoy en la Tierra Sistema182Hf - 182W, (Jacobs, 2005) El W es El W es sider sideró ófilo filo, el 182W si existe hoy. El manto está anómalamente enriquecido con él: material eyectado en el Hot Spot de Hawaii Vida Media: 9 Ma Lento: el Hf tuvo tiempo de transformarse en su > a W y este se habría ido al núcleo en formación. Hubiera quedado muy poco Hf en el manto que hoy lo veríamos como W (hubiera poco W en manto) ¿Por qué, si es siderófilo?, que ¿no debió haberse ido al núcleo?. ¿Qué significa esta anomalía? Rápido: solo parte del Hf se hubiese transformado a W yéndose al núcleo. Una cantidad importante de Hf se hubiese quedado en el manto, y hoy lo veríamos como W en > proporción que en otras partes de la Tierra
  • 32. Otros Isótopos y Técnicas Químicas
  • 33. Isótopos de estroncio • Isótopos comunes: 86Sr y 87Sr • Se encuentra en la calcita • No minerales recristalizados • Sólo minerales carbonatados de aguas marinas. (Excepción Aragonita) No es una datación absoluta No es una datación absoluta
  • 34. Ejemplos: • Rocas carbonatadas del Fanerozoico indica que la proporción de estos isótopos en el mar ha cambiado. • La subducción de la corteza oceánica tiene diferente proporción de 87Sr y 86Sr que el que tiene el manto; con ello se puede trazar el camino que deja la subducción a través del manto. • Rocas carbonatadas del Fanerozoico indica que la proporción de estos isótopos en el mar ha cambiado. • La subducción de la corteza oceánica tiene diferente proporción de 87Sr y 86Sr que el que tiene el manto; con ello se puede trazar el camino que deja la subducción a través del manto.
  • 35. Técnicas Termo‐cronológicas • Determinar la edad a la que una roca estuvo a cierta temperatura. • La datación K‐Ar y Ar‐Ar pueden ser usadas se restablecen entre 3,508 °C a 7,008°C (Decaimiento Reloj) • Análisis de fisión: Zircon (mayor a 300°C) Apatito ( mayor a 110°C)
  • 36. Estratigrafía Química • ∆ Procedencia + ∆ Mineralógica = ∆ Química Partes altas
  • 37. • La aparición de nuevos tipos de clastos en la sucesión de sedimentos marcará el tiempo en el que la nueva fuente de sedimentos fue expuesta y erosionada. • La aparición de nuevos tipos de clastos en la sucesión de sedimentos marcará el tiempo en el que la nueva fuente de sedimentos fue expuesta y erosionada.
  • 38. Técnicas 1. Análisis Químico: Rápido y fácil. (Difícil de interpretar) 2. Correlación con metales pesados (Más efectivo) 3. Análisis de minerales arcillosos
  • 39. Limitaciones • La ubicación de la proveniencia del material • Variaciones del tamaño • Alteración diagenética En sí, este tipo de estratificación ha sido utilizada con éxito en paquetes gruesos de depósitos continentales que no contienen fósiles y en escalas más finas. En sí, este tipo de estratificación ha sido utilizada con éxito en paquetes gruesos de depósitos continentales que no contienen fósiles y en escalas más finas.
  • 40. Bibliografía • Nichols, G., 2009, Sedimentology and stratigraphic, Wiley‐Blackwell • W.M White, Geochemistry • El TERCER PLANETA. Edad, estructura y composición. Fondo de cultura económica.