capitulo 3-2 rb-sr sm-nd re-os y lu-hf 2016
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8/18/2019 Capitulo 3-2 Rb-Sr Sm-Nd Re-Os y Lu-Hf 2016
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516324 - Geoquímica IsotópicaSemestre 2016/01
Capítulo III.2 – Métodos Geocronológicos:
Principios y Aplicaciones
Rb-Sr, Sm-Nd, Re-Os, Lu-Hf
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Sm. Metal serie de los lantánidos.Incompatible, poco móvil en fasefluida. Abundante en cerita,allanita, circón.
Nd. Metal serie de los lantánidos.Más incompatible que Sm, pocomóvil en fase fluida. Abundante enapatito, granate, allanita, cerita.
Re. Metal transición, calcófilo.Incompatible. Abundante en
sulfuros, molibdenita y rocasultrabásicas.
Os. Metal grupo platino,altamente siderófilo. Compatible. Abundante en xenolitos
mantélicos y osmirridio.
Lu. Metal serie de los lantánidos.Incompatible (el más compatible
de las REE), poco móvil en fasefluida. Abundante en granate,anfíbola, fosfatos.
Hf. Metal de alto potencial iónico.Muy incompatible y muy pocomóvil en fase fluida. Abundanteen circón.
Rb y Sr Sm y Nd
Re y Os Lu y Hf
Rb. Metal alcalino, muy soluble,gran radio iónico. Sustituye al Ken redes cristalinas. Abundanteen micas.
Sr. Metal alcalinotérreo, soluble,menor RI que el Rb. Sustituye alCa en redes cristalinas. Abundante en plagioclasas.
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Rb IsotopeAbundance %
85 72.287 27.8
Sr Isotope Abundance %
84 0.6
86 9.987 7
88 82.5
Re Isotope bundance %
185 37,4187 62,6
Os Isotope bundance %
184 0,0177
186 1,593
187 1,513
188 13,29
189 16,22
190 26,38
192 40,98
Nd
Isotope
Abundance
%142 27.1
143 12.2
144 23.9
145 8.3
146 17.2148 5.7
150 5.6
Sm
Isotope
Abundance
%144 3.1
147 15
148 11.2
149 13.8
150 7.4152 26.7
154 22.8
Lu Isotope bundance
175 97.4
177 2.59
Hf bundance
174 0.16
176 5.2177 18.6
178 27.1
179 13.74
180 35.2
N D
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Principios dataciónLa ecuación
Para cada sistema, se expresa de la forma:
1) N(D*D λ t
0 −+= e
1RbSr Sr tλ 87
0
8787 87 −+= e
1Sm Nd Nd tλ 147
0
143143 147 −+= e
1 ReOsOs tλ
1870187187 187
−e+=
)1LuHf Hf tλ 1760176176 176 −e+=
λ87 = 1.42 x 10-11 y-1
T½
= 48.8 x 109 y
λ147 = 6.54 x 10-12yr -1
T½ = 1.06 x 1011 y
λ187 = 1.666 x 10-11 y-1
T½ = 41.6 x 109 y
λ176 = 1.94 x 10-11 y-1
T½ = 35.7 x 109 y
0D0 ≠
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Principios datación
( )18687
0
86
87
86
87
−+⎟⎟ ⎠ ⎞⎜⎜
⎝ ⎛ =
t e
Sr Rb
Sr Sr
Sr Sr λ
• Es útil dividir cada término de la ecuaciones anteriores por elnº de átomos de un isótopo estable del elemento hijo (Sr, Nd,
Os, Hf) en una unidad de masa de la muestra. Esto esfactible porque este valor permanece constante en unaunidad mineral o de roca.
( )1 NdSm
Nd Nd
Nd Nd λ t
144
147
0
144
143
144
143
−+⎟⎟ ⎠ ⎞⎜⎜
⎝ ⎛ = e
( )1Hf LuHf Hf Hf Hf λ t
177
176
0
177
176
177
176
−+⎟⎟ ⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ = e( )1OsReOsOsOsOs
λ t
188
187
0
188
187
188
187
−⎟⎟ ⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ e+=
Isócronas -> y = mx + c m= (eλt-1) c=D0
¿Qué se puede datar?
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Isócronas• La mayoría de los materiales geológicos susceptibles de
ser datados por estos métodos tienen contenidos bajosdel isótopo padre y además contienen isótopo hijo inicial.
• Para poder realizar este análisis se deben tener en cuentalos siguientes supuestos:
– La razón padre/hijo debiera ser lo suficientemente alta.
– El rango de razones padre/hijo debiera ser amplio.
– Desviaciones del sistema cerrado deberían ser
mínimas. – La composición del isótopo hijo inicial debió haber sido
homogénea para todas las rocas y minerales almomento del proceso que queremos datar.
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• Opx, cpx, pl, gt.
• Rocas plutónicas básicasy ultrbásicas.
• Rocas metamórficas(granulita, anfibolita).
• Meteoritos
• Mo, Au, Osm, sulfuros.
• Minerales de menametálica.
• Xenolitos mantélicos
• Lutitas negras.
• Zr, gt.
• Rocas metamórficascon gt o lws
• Meteoritos
Rb y Sr Sm y Nd
Re y Os Lu y Hf
• Pl, K-feld, anf, bt. Mineralescon K.
• Conjuntos de rocas volcánicaso plutónicas.
• Rocas metamórficas(esquistos verdes, anfibolita).
• Carbonatos.
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Isócronas
( )186
87
0
86
87
86
87
−+⎟⎟ ⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ = t e
Sr
Rb
Sr
Sr
Sr
Sr λ
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Rb-Sr en Rocas lgneas• Dos maneras de
datar: roca total yminerales.• Minerales cogenéticos
– pertenecientes a unamisma muestra.
– sin ningún rastro dealteración
– contenidos de K (Rb)variables: apatito,plagioclasa, anfíbola,biotita, roca total.
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Rb-Sr en Rocas lgneas• Roca total
– muestras que no tengan alteración con removilizaciónde elementos a escala de 15 cm3.
– Muestras con una distribución areal significativa. – rocas cogenéticas con un cierto grado de
diferenciación entre ellas→ razones Rb/Sr variables.
– de preferencia rocas intermedias a ácidas.
Granodiorita Diorita
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Sm-Nd en Rocas lgneas• Se utiliza preferencialmente para datar rocas
máficas y ultramáficas: – Razones Sm/Nd lo suficientemente grandes. – Los otros geocronómetros no son aplicables.
• Isócronas en roca total, con amplio rango de
Sm/Nd y en minerales cogenéticos de una mismamuestra (clinopiroxeno, ortopiroxeno, plagioclasa)
• Imposible obtener razones cercanas a laintersección con el eje Y, no existen minerales o
rocas en la tierra con Sm/Nd ~ 0. Razonesiniciales solo se extrapolan.
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1. Isócrona en anortositas lunares(distintas muestras).
2. Comparación isócronas Rb-Sr y Sm-
Nd para rocas intrusivas con un
proceso de metamorfismo posterior.
3. Isócronas en komatiitas, rocas del
Arqueano ultrabásicas con alto
contenido de Mg. Ocurren sólo en
los cratones.
t Rb-Sr = 3450 ± 200 Ma
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Rocas metamórficas• Si un grupo rocas ha sido sometido a un metamorfismo regional
cuya T fue suficiente para homogenizar el sistema, los minerales
de una muestra indicarán la edad del metamorfismo y la roca total laedad del protolito.
• Homogenización isotópica: un aumento de la T por un período
relativamente corto “abre” los minerales y permite el intercambio de
isótopos.• Como consecuencia las razones 87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd , 176Hf/177Hf
se homogenizan en todos los minerales, independiente de su
composición.
• Supuestos:
– Sólo el isótopo hijo es móvil
– Las razones Rb/Sr, Sm/Nd, Lu/Hf de minerales y rocas
permanecen constantes.
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Rocas metamórficas
Anf Pl PlAnf
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Caso ideal de homogenización isotópica
Homogenizaciónisotópica
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Caso ideal de homogenización isotópica
Isócrona del
protolito
(roca total)
Isócrona delmetamorfismo(minerales)
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Sm-Nd en rocas metamórficas• El sistema roca total permanece como sistema cerrado
incluso hasta las facies granulitas.
• En las facies eclogitas se comporta como sistema abierto,pero no necesariamente está homogenizado.
• Los minerales que se forman en facies de alto grado son muyadecuados para dataciones Sm-Nd, por lo que el método esefectivo en este tipo de rocas.
Edadmetamorfsimo
facies granulita
Roca total
Granate
Enstatita
Diopsido
Plagioclasa
Biotita
Isócrona a
2600 Ma
Rocas
intrusivas
estratificadas
con metamo_
fismo en
facies
ganulita.
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Lu-Hf en rocas metamórficas
• El sistema roca totales resistente a lahomogenización hastafacies granulitas.
• El gneiss de Amitsoqen Groenlandia esparte de la cortezaarqueana. La isócrona
se construyó a partirde muestras de rocatotal y de circones
Edad modelo: 3.55 ± 0.5 Ga
Circones
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• En el caso de minerales metamórficos, éstos
pueden tener un comportamiento de sistemaabierto en la facies granulitas.
• Sin embargo, en algunos casos puedenmantenerse cerrados incluso en facieseclogitas.
• La inmovilidad de la REE hace que seanecesario, además del aumento de la Tº, una
deformación significativa para reabrir el sistemaSm-Nd
Sm-Nd en minerales metamórficos
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Sm-Nd
U-Pb
Rb-Sr
1 2
31. Variación en la composiciónisotópica de los minerales con elmetamorfismo.
2. Comportamiento de los sistemasisotópicos U-Pb, Sm-Nd y Rb-Srcon el metamorfismo prógrado yretrógrado.
3. Variaciones isotópicas enminerales y roca total con elmetamorfismo (facies granulita).
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Re-Os en depósitos minerales• Calcopirita, pirita, pirrotina
y oro son susceptibles deser datados por el método
Re-Os debido a sucontenido moderado deambos elementos (
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Datación en Molibdenita• La molibdenita es un
mineral muy adecuado para
dataciones por Re-Os: – Tiene un alto contenido de Re
(hasta 2000 ppm).
– No posee Os inicial
→ todo el Os medido es radiogénicopor lo que no es necesarioconstruir una isócrona.
• Los métodos adecuadospara dataciones son el
micronanálisis (1 mg) o unamuestra de mayor masahomogenizada.
• Controversia en torno a
condiciones dehomogenización del sistemaLawley and Selby 2012
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El Teniente(Maksaev et al. 2004)
La molibdenita está presenteen todas las asociaciones demena en el yacimiento.
Variadas muestras fuerontomadas en distintos lugares.
Se obtuvieron 4 intervalos deedades entre 4.42 y 6.31 Ma,los que coinciden con
intervalos de alteraciónhidrotermal (Ar-Ar en bt y ser)e intrusión de stocks (U-Pben circones)
→ Al parecer la molibdenitano fue afectada ni reabierta
bajo condiciones de intensaalteración hidrotermal a másde 350°C.
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Re-Os en Lutitas•Las lutitas generadas en
ambientes reductores
están enriquecidas en
elementos calcófilos y
siderófilos, entre ellos Cu,
Mo, Re y Os.
•Adicionalmente Re y Os
son muy poco móviles si
luego de la depositación
se mantienen condicionesreductoras.
• Es posible obtener
edades confiables a
partir de muestras
tomadas en cortos
intervalos estratigráficos.
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Evolución del agua de mar• Es un manera alternativa de
obtener edades en rocas
sedimentarias.• En realidad esta razón decrecedesde el Paleozoico hasta ellímite Jr-Kr y luego aumenta.
• Cómo se establece la
curva???????? – Con carbonatos biogénicos
hasta el 100 Myr (con rocatotal en el Pz).
– Con microfósiles desondajes ODP desde 100Myr.
– Se correlaciona con razonesδO en el Neógeno.
??????
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“Datación de carbonatos”• Se deben escoger
cuidadosamente carbonatos
biogénicos que no hayan sidoalterados por diagénesis nimetamorfismos posteriores→ presencia de estructuras
primarias en los fósiles.• Se escogen microfósiles bajo
las mismas condiciones.
• La razón 87Sr/86Sr se lleva a la
curva y se determina unaedad.
• Hay períodos complejos enque la misa razón prevaleciópor bastante tiempo.
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Técnicas muestreo para datación Rb-SrMuestra Material Procesos Separación Preparación Análisis
Roca Total
Rocas volcánicas ointrusivas
cogenéticas, con
razones Rb/Sr
variables y sin
removilización de
elementos a escala
de muestra de
mano.
Molienda a fracción homogénea
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Técnicas muestreo para datación Sm-NdRoca/Evento Material Procesos Separación Preparación Análisis
Roca Total Rocas volcánicas o
intrusivas
cogenéticas.
Ultramáficas,
máficas, básicas,
intermedias.
Molienda a
fracción
homogénea
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Técnicas muestreo para datación Re-OsRoca/Evento Material Procesos Separación Preparación Análisis
Xenolitos
Mantélicos
Rocasbásicas
(MORBs)
Rocas con
sulfuros de Cu-
Ni-Fe
MolibdenitaIdem anterior +
micronanálisis u
homogenización.
Pirita
Calcopirita
CalcosinaPirrotina
Oro
Osmirridio
Meteoritos Roca total Idem rocas ígneas
Lutitas Roca total
Concentración
química y
diluciónisotópica en
tubo tipo
carious.
Minerales
Roca Total
Concentración
química ydilución
isotópica en
tubo tipo
carious.
Idem rocas ígneas
N-TIMS
Rocas Igneas
Depósitos Cu-
Ni-Fe y PGE
Molienda afracción
homogénea
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Método: )
: |
: (
Rocas ígneas con bajo gradoalteración.
Rocas sedimentarias:
minerales detríticos o
autigénicos
Rocas ígneas conmetamorfismo > esq. verdes
Minerales sin alterar con
Rb/Sr variables
Carbonatos biogénicos Pz a
Cz
Rocas o minerales con
alteración hidrotermal
Metamorfismo: esq. verdes,
esq. azules, anfibolitas.
Esfalerita. Meteoritos alterados
Meteoritos
Rocas ígneas básicas.Rocas ígneas con
metamorfismo > eclogita.
Rocas ígneas intermedias-
ácidas.
Rocas ígneas con
metamorfismo hastagranulitas.
Evolución de la corteza
terrestre.
Rocas sedimentarias. Sólo se
puede identificar proveniencia.
Metamorfismo: desde facies
granulitas.Metamorfismo < anfibolita.
Meteoritos
Xenolitos mantélicos litosfera
subcontiental (TMA y TRD)
Sulfuros de Mo, Cu, Ni y Fe >
200 Ma. Rocas corticales.
Molibdenita, sulfuros de Cu,
Ni y Fe "jóvenes" (