El Método Rubidio-EstroncioHahn y Walling (1938)

Rb y Sr son elementos trazas que ocurren en casi todas las rocasígneas, metamórficas y sedimentarias.

RbRb es un metal alcalino (grupo IA en la tabla periódica) y no forma minerales propios. Rb es químicamente muy parecido al K.Radios iónicos: Rb+ = 1.48 Å; K+ = 1.33 ÅSustitución K RbMinerales con concentraciones altas de K (fsp, micas) tambiéntienen cantidades altas de RbRelación K/Rb ca. 250 en general; en pegmatitas hasta K/Rb = 6.

SrSr es un elemento alcalino térreo (grupo IIA) y forma algunos mineralespropios (raros): Estroncianita (SrCO3, hidrotermal), Celestita (SrSO4, en carbonatos). Sr es químicamente parecido al Ca.Radios iónicos: Sr+2 = 1.13Å; Ca+2 = 0.99Å.Sustitución Ca Sr 1

IAIIA

Tabla periódica de los elementos

2

Concentraciones de Rb y Sr en rocas y minerales

Rb K Sr Ca

rocas últra-máficas 0.2 40 1 25,000basaltos 30 8,300 465 76,000tonalitas 110 25,200 440 25,300granitos 170 42,000 100 5,100sienitas 110 48,000 200 18,000lutitas 140 26,600 300 22,100areniscas 60 10,700 20 39,100carbonatos 3 2,700 610 302,300turbiditas 110 25,000 180 29,000aguas 1-3 -

biotitas 800-1,200 <20ortoclasa 500 <100plagioclasa 300 300-500apatito <4 100-200

(valores promedio en ppm)

3

Isotopía

85Rb: 84.9117 x 0.721654 = 61.276987Rb: 86.9094 x 0.278346 = 24.1909

total = 85.4678 amu(85.46776 amu Catanzaro et al., 1969)

Rb (Z=37) tiene dos isótopos naturales: 85Rb (72.1654%) y 87Rb (27.8346%)Pesos atómicos 84.9117 y 86.9094 amu, respectivamente. Además tiene 27 isótopos inestables (74Rb-102Rb)Peso atómico del Rb?

Relación isotópica 85Rb/87Rb = 2.59265 (IUGS, Steiger & Jäger, 1977).Todas la rocas de la tierra muestran esta relación 2.59265, aunque hay decaimiento! Por qué??(Ver la vida media del sistema Rb-Sr y compárala con la edad de la tierra!)

87Rb es radiactivo y decae con una vida media (T1/2) de 48.8(13) x 109 a al

87Sr con emisión de partículas - (Emax = 275 KeV; bajo!!!); ??= 1.42 x 10-11 a-1 Steiger y Jäger, 1977; antes 1.47 y 1.39 x 10-11 a-1 Nueva Propuesta: 1.398±0.003 x 10-11 a-1 (Nebel et al., AGU Fall Meeting, Dec. 2006)

4

Sr (Z=38) tiene 4 isótopos naturales: 84Sr, 86Sr, 87Sr y 88Sr con abun-dancias (valores promedios!!) de 0.56%, 9.87%, 7.04% y 82.53% y pesos atómicos de 83.9134, 85.9092, 86.9089 y 87.9056 amu, respectivamente. El peso atómico de Sr es aproximadamente 87.62 amu.Sr tiene además 26 isótopos inestables (73Sr - 102Sr).(En comparación a la relación 85Rb/87Rb y el peso atómico de Rb, las abundancias delos isótopos de Sr y el peso atómico de Sr dependen del contenido de Rb en la muestra ysu edad y puede variar considerablemente > hay que calcular estos valores para cada

muestra individual!) Solamente las relaciones isotópicas 86Sr/88Sr = 0.1194 y 84Sr/86Sr = 0.056584 son estables!

La relación 87Sr/86Sr puede ser entre 0.6988 (meteoritos) y cualquier valor superior (hasta 10,000 o más).

5

Geocronología con el método de Rb-Sr

Método isotópico!! (no es radiométrico!!)

Ecuación básica sobre la producción de hijos radiogenicos:

D = Dinic + N (et-1)

D = isótopos hijos presentes (hoy)Dinic = isótopos hijos presentes en el momento del inicio del decaimiento (tiempo inicial, en algunos libros = Do)N = isótopos padres; = constante de decaimiento; t = edadpara Sr:

> resolución por t

y = b + x m

6

o (el espectrómetro mide relaciones isotópicas!!):87Sr = 87Sri + 87Rb(et-1)

87Sr/86Srhoy = 87Sr/86Sri + 87Rb/86Sr (et-1)

Ecuación para calcular una edad con el sistema Rb-Sr

Medición con el espectrómetro ?? (ver diapositivas 9-12)

?? (ver diapositivas 13-15 y abajo)1.42 x 10-11 a-1

7

Para la obtención del parámetro 87Rb/86Sr en la equación de la edad se requieren las concentraciones de Rb y Sr, los pesos atómicos de Rb y Sr y las abundancias de los isótopos.

87Rb/86Sr = Conc. Rb [87Rb] peso atómico Sr

Conc. Sr [86Sr] peso atómico Rbx x

[87Rb]; [86Sr]= abundancias isotópicas

Diagrama Compston-Jeffrey (1959): Evolución de la relación 87Sr/86Sr

Los 4 sistemas origi-naron hace 800 Ma conuna relación 87Sr/86Srde 0.704 (inicial).Después, la relación87Sr/86Sr evolucionó alo largo de una serie delíneas rectas divergentescon pendientes depen-diendo de la relación87Rb/86Sr de cada sistema.

Faure (1986)

0.704

8

a b c to86Sr

87Sr

o( )

86Sr

87Sr

86Sr

87Rb

Evolución de la relación Evolución de la relación 8787Sr/Sr/8686Sr: Al inicio: 3 Sr: Al inicio: 3 rocas (a,b,c) con diferentes relaciones Rb/Sr al rocas (a,b,c) con diferentes relaciones Rb/Sr al

tiempo tiempo ttoo

9

Después de un tiempo (tDespués de un tiempo (t00 tt11): cada muestra gana una ): cada muestra gana una

cantidad de cantidad de 8787Sr, dependiendo de su concentración Sr, dependiendo de su concentración de Rb (de Rb (8787Rb>Rb>8787Sr)Sr)

a b c

a1b1

c1t1

to

86Sr

87Sr

86Sr

87Rb

86Sr

87Sr

o( )

10

Al tiempo Al tiempo tt22 (hoy): cada roca tiene un aumento en (hoy): cada roca tiene un aumento en 8787Sr proporcional a la concentración de Rb original. Sr proporcional a la concentración de Rb original. Principio de la isócrona (Nicolaysen, 1961)Principio de la isócrona (Nicolaysen, 1961)

a b c

a1b1

c1a2

b2

c2t1

to

t2

86Sr

87Sr

86Sr

87Sr

o( )

86Sr

87Rb

Isócrona con la pendiente

m = et -1

La intersección de la isócrona con el eje Y da el valor 87Sr/86Srinicial (ver página 7)

11

Opciones para obtener la relación 87Sr/86Srinicial

12

1. Cálculo con una regresión lineal (p.ej. de Gauss; no salen errores!)

2. Cálculo con programas de computación, considerando los errores individuales de cada muestra (p. ej. ISOPLOT; Ludwig, 2000).

3. Buscar minerales sin Rb (p.ej. apatitos) y medir su relación 87Sr/86Sr.

4. Usar un valor modelado (se obtienen edades modelo de Rb-Sr!)

Dilución Isotópica

- método más preciso para determinar concentraciones de elementos- se mezcla un spike (trazador) casi monoisotópico, con concentración conocida, con una muestra natural.

N = concentración de un elemento (p.ej. Rb) en la muestra (ppm)S = cantidad del spike añadidoAbS = abundancia de los isótopos A y B en el spike AbN = abundancia de los isótopos A y B en la muestra naturalRm = relación isotópica A/B de la mezcla spike-muestra

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Spike de 84Sr

Criterios para escogerel spike:

1. No radiogénico2. No radiactivo3. No el más abundante4. Sin isóbaros 5. No el isótopo de refe- rencia

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84Sr, 86Sr, 87Sr, 88Sr

85Rb, 87Rb

Adición del Spike

Rb natural Spike Mezcla muestra-spike

85Rb

87Rb

72.1

65%

27.8

35%

85Rb

87Rb

99.1

6%

0.84%

85Rb 87Rb

Muestra con composición isotópica y peso conocidos; concentración desconocida. Spike con composición isotópica, concentración y peso conocidos.

Medición con el EM

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Requisitos para un fechamiento con el método de Rb-Sr:

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- Las muestras deben ser cogenéticas.

- Las muestras deben tener una variación amplia en la relación Rb/Sr.

- Qué el sistema isotópico de Rb-Sr halla permanecido cerrado después de la formación de la muestra que queremos fechar.

Todas las relaciones isotópicas medidas en un espectrómetro de masas se presentan con sus errores: Desviación estándar

= (xi - x)2/ n-1 2Mean = 2/ n(error medio de la desviación)

Valor indi-vidual

Valor promedio después de n mediciones

OJO! Este error se disminuyecon el aumento de n!!

Desviación estándarde n mediciones

1 = 68.3% probabilidad 2 = 95.5% probabilidad

Geyh and Schleicher, 1990

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Edades de Minerales

biotita

roca tot.

Para obtener edades de minerales mediante el sistema Rb-Sr se requiere el par ROCA ENTERA - MINERAL!Edades de Rb-Sr mediante una isócrona (roca entera-mineral) son edades de enfriamiento! (o recalentamiento)

Temperaturas de cierre (Rb-Sr): biotita: 320±40ºC; muscovita: 450-500ºCplagioclasa: 400ºC

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Cálculo de tasas de enfriamiento usando edades deminerales y roca entera

Edad de la roca entera (p.ej.obtenida por isócrona Rb-Sro zircones por U-Pb)

Ejemplo: granodiorita de Puerto Vallarta

Camino de enfriamiento

Edad de la hornblenda por K-Ar(Temp. cierre ca. 530°C)

Edad de la biotita (Rb-Sr)(Temp. cierre ca. 300°C)Edad de la biotita (K-Ar)(Temp. cierre ca. 280°C)

Tasa de enfriamiento (intervalo 530-300°C) ca. 45°C/Ma

19

Faure & Mansing, 2005

Rehomogeneización del sistema isotópico de Sr (en minerales) después de un evento metamórfico

20

Dickin, 1995

21

Edades de muestras de rocas enteras (ejemplos de isócronas)

Edades de rocas enteras obtenidas por una isócrona se interpretan normalmente como edades de la cristalización (pero: atención en casos de metamorfismo de alto grado!!) 22

Basalto lunar

Geyh & Schleicher, 1990

23

Granitos Glauconitas

Figuras tomadas de Faure & Mansing, 2005

24

Pseudo – Isócrona (o falsa isócrona)

25

Rb-Sr en Libyan Desert Glass (LDG)(vidrio de impacto)

Las tectitas LDG se formaronhace 29 Ma (fechamiento portrazas de fisión). Sin embargo,el sistema Rb-Sr en las tectitasconserva la edad panafricana(557 Ma) de las rocas precur-soras.

Schaaf & Müller-Sohnius, 2002 26

Distribución de las edades en LDG

27

Mezcla de magmas

28

29

Mezcla de aguas

Evolución de la relación 87Sr/86Sr en el agua de mar en el Fanerozoico

30

87Sr/86Sr en foraminíferos

31

87Sr/86Sr = 0.70915

En el presente, todas los aguas de los océanos del mundo tienen esta relación.

Carbonatos sobreyacientes a la brecha del impacto Chicxulub

32

Escobar, 2005, tesis Maestría

Las proporciones 87Sr/86Sr se han utilizado como trazadores para identificar migración y áreas geográficas de proveniencia al comparar las diferencias entre las firmas isotópicas de Sr en dientes y huesos humanos con el suelo.

33

Aplicaciones de la isotopía de Sr en ciencias antropológicas

El esmalte de los dientes, la sustancia mas dura de nuestro cuerpo, es una envoltura muy resistente de la parte mas suave llamada dentina.

Ambos materiales consisten predominantemente de fosfato de calcio.

Sin embargo, se forman de manera diferente:

El esmalte mineraliza una sola vez: cuando se forma el diente al cual protege. (87Sr/86Sr conserva las

condiciones de la juventud)

La dentina y los huesos se forman y cambian continuamente a través de nuestra vida.(87Sr/86Sr

representa las condiciones de cuando murió el individuo)34

Dientes de Teotihuacán

35

Ejemplo de residencia y ejemplo de migración en Teotihuacán.

0.70420

0.70460

0.70500

0.70540

0.70580

0.70620

0.70660

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020

1/Sr concentration (ppm)

87S

r/86

Sr

Leachate 1 Leachate 2 Leachate 3 Bones Soil

20271

20271

31370

31370

36Hueso y esmalte de la muestra 31370 tienen relaciones 87Sr/86Sr iguales. Este individuo no migró.Hueso y esmalte de la muestra 20271 tienen relaciones 87Sr/86Sr diferentes. Evidencia de migración.

Sr en vinos

37Horn et al., 1993

87Sr/86Sr en vinos

38

Horn et al., 1993

39

Horn et al., 1993

Evidencias para mezcla(adulteración)de algunos vinos, comparandosus firmas isotó-picas con lasde los sueloscorrespondientes.

Evolución de la relación 87Sr/86Sr en las aguas del río Rhin (Rhein)

40

41

Rb-Sr en rocas riolíticas pleistocénicas

Heumann et al., 2002, GCA

Riolitas post-calderade la Long ValleyCaldera, California

42

Apatito (Ca5(PO4)3 )(F,Cl, OH)

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