KAr y ArAr Los gases nobles que se
K-Ar y Ar-Ar
Los gases nobles que se utilizan en geoquímica son: Helio (helios – Sol, Janssen 1868) Neón (neos – nuevo, Ramsay & Travers 1898) Argón (argos – inactivo, Cavendish 1785, Rayleigh & Ramsay 1894) Kriptón Xenón (kryptos – oculto, Ramsay & Travers 1898) (xenos – extraño, Ramsay & Travers 1898)
Características de los gases nobles: • Químicamente inertes (sólo enlaces de Van der Waals) • Grupo geoquímicamente coherente (He, Rn) • En sentido cósmico son muy abundantes, pero en la Tierra son escasos (“gases raros”) • Son elementos traza por excelencia (la concentración de Xe en una roca puede ser inferior a 0. 0001 ppb) • Se pueden separar químicamente muy bien de las especies reactivas • Mismas técnicas analíticas para todos, excepto Rn (el 222 Rn es radioactivo, emisor alfa) • Permiten estudios de gran sensibilidad: son escasos, se modifican muy rápido las concentraciones, entre otras razones. • Tienen entre dos y nueve isótopos estables
40 K-40 Ar
EL MÉTODO K-Ar K (Z = 19) K es un metal alcalino (grupo IA) como Rb, Cs, Na y Li. El K está presente en muchos minerales como las micas, feldespatos K, hornblenda, etc. K es el octavo elemento más abundante en la corteza continental. Radio iónico K + = 1. 33 Å K tiene 3 isótopos naturales y 17 artificiales ( 35 K - 54 K) Naturales: 39 K (93. 2581 %) 40 K (0. 01167%) y 41 K (6. 7302%). Peso atómico: 39. 098304 uma Ar (Z = 18) Ar es un gas noble (con He, Ne, Kr, Xe, Rn). Ar es el tercer gas más abundante en la atmósfera (0. 934 vol. %). Ar y He son los gases nobles más abundantes en rocas y minerales. Radio iónico Ar = 1. 9 Å. Ar tiene 3 isótopos naturales y 19 artificiales (31 Ar-51 Ar). Naturales (ab. en la atm. ): 40 Ar (99. 60%); 38 Ar (0. 063%) y 36 Ar (0. 337%). Peso atómico: 39. 9476 uma; 40 Ar/36 Ar atm = 295. 5 (ahora 298. 56 ± 0. 31))
EL MÉTODO K-Ar, historia: 1905. Descubrimiento de la actividad beta del K 1928. Descubrimiento de la actividad gamma del K 1937. Weiszäcker relaciona la actividad del 40 K con el 40 Ar de la atmósfera. Imagina el geocronómetro. 1948. Suess y Harteck extraen argón total de muestras de silvita. 1948. Aldrich y Nier también extraen Ar de 4 minerales. Lo midieron isotópicamente y demuestran que el 40 Ar es radiogénico. 1950. Smits y Gentner. Realizan la primera datación K-Ar de una silvita de 25 Ma. 1951. Gerling data por primera vez un meteorito con el método K-Ar.
Decaimiento ramificado 40 K - = 4. 962 x 10 -10 a-1 e = 0. 581 x 10 -10 a-1 =5. 543 x 10 -10 a-1
EL MÉTODO K-Ar, ecuación de la edad Donde: t: edad : 5. 543 x 10 -10 a-1 e: 0. 581 x 10 -10 a-1 40 K y 40 Ar*: número de átomos de cada elemento (* significa radiogénico)
EL MÉTODO K-Ar, minerales • Feldespatos K • Plagioclasa • Hornblenda • Biotita • Moscovita • Sericita • Flogopita • Fengita • Vidrios • Arcillas • Basaltos • Roca total
Temperaturas de cierre (Harrison & Mc. Dougall, 1999) Hornblenda 530 ± 40ºC (685ºC*) Flogopita 400 - 470ºC Moscovita 350 ± 50ºC Fengita 350 ± 50ºC Biotita 280 ± 40ºC (373ºC) Feldespato K ca. 230ºC * Berger & York (1981) (230 ºC)
Requisitos para fechamientos por K-Ar • No hay pérdida de 40 Ar* en la muestra ( implica edades más jóvenes) • Mineral queda cerrado para 40 Ar muy pronto después de su formación ( enfriamiento ± rápido después de la cristalización del magma) • Ninguna adición secundaria de 40 Ar ( exceso de Ar, se obtienen edades más antiguas) • Corrección apropiada por 36 Ar 40 Ar atm (40 Ar* = atm) • Sistema cerrado con respecto a K • Determinación precisa de 40 Ar y. K 40 Ar tot - 295. 5 x
Medición de Ar: espectrometría de masas Línea del Laboratorio de Gases Nobles del IGL
Medición de Ar: espectrometría de masas Metodología del LGN del IGL
Medición de Ar: espectro isotópico de Ar Muestra Spike Aire 40 Ar 38 Ar 36 Ar
Aplicaciones • dataciones de minerales en rocas intrusivas y extrusivas (sanidino, micas, hornblenda, feldespato K, plagioclasa, etc). • dataciones de vidrios volcánicos (sin inclusiones o síntomas de recristalización); vidrios ácidos (de riolitas) mejor que vidrios máficos (de basaltos). • dataciones de minerales autigénicos (temp. bajas) glauconita. • dataciones de rocas enteras preferiblemente en basaltos (de grano fino, sin fenocristales). • intervalo de aplicación de >10, 000 a hasta 4. 56 Ga (meteoritos)
39 Ar-40 Ar
EL MÉTODO Ar-Ar Sigurgeirsson (1962) Merrihue (1965) Merrihue & Turner (1966) Modificación del método K-Ar convencional. • Irradiación de una muestra (debe contener K) en un reactor con neutrones rápidos (E > 1 Me. V), se forma • 39 Ar es inestable y decae a 39 K con una vida media de 269 a 39 Ar por emisión de partículas -
EL MÉTODO Ar-Ar, ecuación de activación Donde: : duración de la irradiación (E): flujo de neutrones a la energía E (E): la sección eficaz de captura de neutrones de energía E
EL MÉTODO Ar-Ar, ecuación de la edad Mineral monitor de flujo: estándar de edad conocida
EL MÉTODO Ar-Ar, parámetro J Sustituyendo: reordenando:
EL MÉTODO Ar-Ar, ecuación de la edad Muestra desconocida: u Muestra estándar: s
Calentamiento por pasos
Calentamiento por pasos Diferentes formas del espectro de edades del calentamiento por pasos. (a) Sistema cerrado desde el enfriamiento inicial. (b) y (c) Pérdida de argón en el borde del cristal pero inalterado en el centro.
Calentamiento por pasos
Ventajas del método • • • 40 Ar/39 Ar se analiza solamente una fracción de la muestra, no hay problemas con heterogeneidades la técnica de desgasificación gradual (stepwise heating) permite detectar pérdida o exceso de Ar en la muestra el cálculo de edades por meseta o isócrona da normalmente edades con errores más pequeños en comparación a K-Ar Desventajas del método 40 Ar/39 Ar: • método analítico muy complicado (se requiere de un reactor nuclear) • parámetros de la irradiación no completamente reproducibles • tiempo entre irradiación y medición muy largo (3 -12 meses) • efectos de recoil (retroceso del átomo que se forma de la reacción nuclear)
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