capitulo 3-2 rb-sr sm-nd re-os y lu-hf 2016

8/18/2019 Capitulo 3-2 Rb-Sr Sm-Nd Re-Os y Lu-Hf 2016

1/33

516324 - Geoquímica IsotópicaSemestre 2016/01

Capítulo III.2 – Métodos Geocronológicos:

Principios y Aplicaciones

Rb-Sr, Sm-Nd, Re-Os, Lu-Hf


2/33

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.


3/33


4/33

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


5/33

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 ≠


6/33

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?


7/33

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.


8/33

• 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.


9/33

Isócronas

( )186

87

0

86

87

86

87

−+⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ = t e

Sr

Rb

Sr

Sr

Sr

Sr λ


10/33

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.


11/33

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


12/33

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.


13/33

12

3

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


14/33

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.


15/33

Rocas metamórficas

Anf Pl PlAnf


16/33

Caso ideal de homogenización isotópica

Homogenizaciónisotópica


17/33

Caso ideal de homogenización isotópica

Isócrona del

protolito

(roca total)

Isócrona delmetamorfismo(minerales)


18/33


19/33

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.


20/33

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


21/33

• 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


22/33

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).


23/33

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 (


24/33

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


25/33

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.


26/33

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.


27/33


28/33

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.

??????


29/33

“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.


30/33

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


31/33

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


32/33

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


33/33

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" (

capitulo 3-2 rb-sr sm-nd re-os y lu-hf 2016

Documents