Isótopos CosmogénicosNúclidos cosmogénicos se forman por interacción de rayoscósmicos (producidos por el sol) con núcleos de átomos de laatmósfera o de la superficie de minerales terrestres expuestos al sol. Se producen núclidos estables y radiactivos. Los últimos tienen vidas medias relativamente cortas. Sin producción constante por interacción con rayos cósmicos, hoy no hubiera presencia de estos núclidos en la tierra.

No todos los núclidos cosmogénicos llegan a la superficie de la tierra → desviación por el campo magnético y dependenciade la latitud (blindaje máximo en el ecuador).

El uso principal de los isótopos cosmogénicos radiactivos es en la geocronología cuaternaria.

Componentes de la irradiación cósmica:

Protones, partículas , neutrones, fragmentos de núcleos y myones (partículas elementales)

Wagner(1995)

Núclidos importantes, sus vidas medias y aplicaciones

Radiocarbono (14C)

Ref.: Taylor, R.E. (1987): Radiocarbon dating - an archaeological perspective.

Acad. Press, London, 212 pp.El método 14C es el método más antiguo y más usado en la geocronología cuaternaria. Primeros fechamientos por Arnold & Libby 1949,1950> material del flujo de lava del Xitle!Premio Nobel para Libby en 1960

Relación 12C/14C = 1012/1Producción del 14C en la estratósfera (bombardeo por neutrones)

T1/2 = 5730 a ; = 1.209 x 10-4 a-1

(5570 a (Libby); 5568 a)

14N + n 14C + p; 14C 14N + - + + Q

Producción de 14CO2

Producción anual:ca. 7.5 kg/a

Hoy:ca. 75 t 14C enla tierra

Fechamientos con el método de radiocarbono requierenuna relación 14C/12C atmosférica constante > No siempre real (producción de 14CO2 por combustibles fósiles y pruebas nucleares).

Efectos “de Vries”y “Suess”

Comparación de fecha-mientos por 14C yU-serie en coralesde Barbados.

En el rango 10-30 ka,edades por 14C sonhasta 3.5 ka másjóvenes!!

Bard et al., Nature, 1990

Calibración de datos 14C por dendrocronología

Metodología:

14C es un método radiométrico!!-conteo de partículas emitidas por CO2 en contadores -conteo de decaimientos en benzeno por centelleo-conteo de 14C con un espectrómetro de aceleración (AMS)

Ox = Estándar ácido oxálico NBS

t = 1/ ln (A 14Cox / A 14C muestra)

Correcciones necesarias:

- efectos por fraccionamiento14Ccorr = 14Cmed x [1-(2(13C + 25)/1000)]

- efectos de depósito (reservoir effects) p. ej. aguas profundas (con edades hasta 1.7 ka). No hayintercambio y mezcla rápida con aguas superficiales

- calibración por dendrocronología

Presentación de edades por 14C: convencionales calibradas- a B.P. (B.P. = 1950!!) - a cal B.P.- a BC (AC) - a cal BC- a AD (DC) - a cal AD

Accelerator Mass Spectrometer (AMS)

Materiales fechablespor 14C.

Para AMS se requieresolamente 1mg demuestra (convertidoen grafito).

Tritio (3H)

Tritio se forma en la atmósfera de la interacción de neutronescósmicos con N:14N + n 3H + 12CTritio decae con emisión de partículas - a 3He estable3H 3He + - + + 0.01861 MeV

T 1/2 = 12.26 a, = 5.6537 x 10-2 a-1; 3H = 3.01603 umaLa concentración de tritio se mide en TU (Tritium units).1 TU = 1 átomo tritio/1018 átomos de H.La concentración natural de 3H en la atmósfera es ca. 25 TU.Sin embargo, como consecuencia de las pruebas nucleares,la atmósfera ha tenido en los años 60’s concentraciones dehasta 2200-3000 TU.

Concentración promedio de tritio en precipitaciones delhemisferio norte en 1963, en TU.

Aplicación mas importante del método 3H en aguas subterraneas. Se supone que el agua está en equilibrio cuando está todavía en contacto con la atmósfera. En acuíferos la disminución de 3H es sólamente producto del decaimiento radiactivo. Determinación de tasas de flujo en acuíferos y movimientos de contaminantes en el agua del subsuelo.

10Be

10Be se produce en la atmósfera por reacciones de protonescósmicos con alta energía y N2 y O2 y sobre la superficie dela tierra en minerales expuestos a la atmósfera.10Be decae con emisión de partículas - a 10B estable

10Be 10B + - + + Q

T1/2 = 1.51 x 106 a

Be (Z = 4) tiene 8 isótopos (6Be, 7Be, 8Be, 9Be, 10Be, 11Be,12Be, 14Be), pero sólamente 9Be es estable.

Promedio de la tasa de deposición global 1.2-1.5 x 106 átomos 10Be/cm2/a.

10Be sale rápidamente de la atmósfera vía deposición húmeda(lluvias) o seca. Una gran cantidad cae en los océanos. Be esun elemento altamente reactivo con partículas y se incorporarápidamente en sedimentos. Aquí empieza el decaimiento fechamientos de tasas de sedimentación.

Sedimentos son subducidos en márgenes continentales (o arcos de islas).Una parte del 10Be de estos sedimentos se puede incorporar a la cuña del manto (mantle wedge) y así a los magmas evidencia para sedimentos reciclados.No hay 10Be en el manto!

Una pequeña cantidad de rayos cósmicos llega a la superficie de la tierradonde pueden reaccionar con 16O en minerales (cuarzo) expuestos a laatmósfera y formar 10Be. Si no hay erosión equilibrio. Si hay erosión:N10Be = P10Be/ + E/L (1-e -(+E/L)t).La ecuación se puede resolver por t si se sabe la tasa de producción P de 10Be, la tasa de erosión E (g/cm2/a) y la profundidad de atenuación de los rayos cósmicos en el mineral (L).

Cuarzo geoquímicamentesistema cerrado. No se mezcla 10Beinterno con 10Be atmosférico

Medición con AMS (relación 10Be/9Be)se requieren 1 g (sed. marinos)

10-20 g (cuarzo) 100 mg (loess)

26Al y 36Cl

Como 10Be producción en la atmósfera y en situ.Al (Z = 13) tiene 10 isótopos, pero solamente el 27Al es estable.26Al producido únicamente de Ar atm. (depende de la latitud) 26Al 26Mg +(+, e.c) + + + Q (dec. ramificado)T1/2 = 0.705 x 106 aAl geoquímicamente parecido al BeEn sedimentos mar. y continentales 0.5-50 x 109 átomos/gtasa de producción 26Al/10Be en la atm. constante = 4 x 10-3

Cl (Z = 17) tiene 16 isótopos, pero sólamente 35Cl (75.77%) y 37Cl (24.23%) son estables.36Cl 36Ar + - 36Cl 36S (e.c) T1/2 = 301 x 103 a