Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

datación samario-neodimio

La datación samario-neodimio es un método de datación radiométrica útil para determinar las edades de rocas y meteoritos , basado en la desintegración alfa del isótopo de samari...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

La datación samario-neodimio es un método de datación radiométrica útil para determinar las edades de rocas y meteoritos , basado en la desintegración alfa del isótopo de samario de larga vida ( 147Sm ) al isótopo radiogénico estable de neodimio ( 143Nd ). Las relaciones isotópicas del neodimio, junto con las relaciones samario-neodimio, se utilizan para proporcionar información sobre la edad y el origen de los fundidos ígneos . A veces se supone que, en el momento en que se forma el material cortical a partir del manto , la relación isotópica del neodimio depende únicamente del momento en que ocurrió este evento, pero posteriormente evoluciona de una manera que depende de la nueva relación samario-neodimio en el material cortical, que será diferente de la relación en el material del manto. La datación samario-neodimio permite determinar cuándo se formó el material cortical.

La utilidad de la datación Sm-Nd radica en que estos dos elementos son tierras raras y, por lo tanto, teóricamente, no son particularmente susceptibles a la partición durante la sedimentación y la diagénesis . [ 1 ] La cristalización fraccionada de minerales félsicos cambia la relación Sm/Nd de los materiales resultantes. Esto, a su vez, influye en la velocidad a la que aumenta la relación 143 Nd/ 144 Nd debido a la producción de 143 Nd radiogénico.

En muchos casos, se utilizan conjuntamente datos isotópicos de Sm-Nd y Rb-Sr .

datación radiométrica Sm-Nd

El samario tiene siete isótopos naturales, y el neodimio tiene siete. Los dos elementos están unidos en una relación padre-hija por la desintegración alfa del padre 147 Sm al hijo radiogénico 143 Nd con una vida media de 1,066(5) × 1011 años y por la desintegración alfa del 146 Sm (un radionúclido casicon una vida media de 9,20(26) × 107 años [ 2 ] [ a ] ​​) para producir 142 Nd.

Para encontrar la fecha en que se formó una roca (o grupo de rocas) se puede utilizar el método de datación por isócronas . [ 6 ] La isócrona Sm-Nd representa la relación entre el isótopo radiogénico 143 Nd y el isótopo no radiogénico 144 Nd frente a la relación entre el isótopo padre 147 Sm y el isótopo no radiogénico 144 Nd. El 144 Nd se utiliza para normalizar el isótopo radiogénico en la isócrona porque es cuasiestable (con una vida media de 2,29(16) × 1015 años) y un isótopo de neodimio relativamente abundante.

La isócrona Sm–Nd se define mediante la siguiente ecuación:

(143norted144norted)pagrmisminortet=(143norted144norted)inorteitial+(147Smetro144norted)⋅(miλt−1),{\displaystyle \left({\frac {{}^{143}\mathrm {Nd} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{\mathrm {presente} }=\left({\frac {{}^{143}\mathrm {Nd} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)_{\mathrm {inicial} }+\left({\frac {{}^{147}\mathrm {Sm} }{{}^{144}\mathrm {Nd} }}\right)\cdot (e^{\lambda t}-1),}

dónde:

t es la edad de la muestra,
λ es la constante de desintegración del 147 Sm,
( e λ t −1) es la pendiente de la isócrona que define la edad del sistema.

Alternativamente, se puede suponer que el material se formó a partir de material del manto que seguía la misma trayectoria evolutiva de estas proporciones que las condritas , y entonces nuevamente se puede calcular el tiempo de formación (ver #El modelo CHUR ). [ 6 ] [ 1 ]

Geoquímica de Sm y Nd

La concentración de Sm y Nd en los minerales de silicato aumenta con el orden en que cristalizan a partir de un magma, según la serie de reacciones de Bowen . El samario se incorpora más fácilmente a los minerales máficos , por lo que una roca máfica que cristaliza minerales máficos concentrará neodimio en la fase fundida en relación con el samario. Por lo tanto, a medida que un fundido experimenta una cristalización fraccionada de una composición máfica a una más félsica, la abundancia de Sm y Nd cambia, al igual que la proporción entre Sm y Nd.

Así, las rocas ultramáficas tienen alto Sm y bajo Nd y, por lo tanto, altas relaciones Sm/Nd. Las rocas félsicas tienen bajas concentraciones de Sm y alto Nd y, por lo tanto, bajas relaciones Sm/Nd (por ejemplo , la komatiita tiene 1,14 partes por millón (ppm) de Nd y 3,59 ppm de Sm frente a 4,65 ppm de Nd y 21,6 ppm de Sm en la riolita ).

La importancia de este proceso resulta evidente a la hora de modelar la edad de formación de la corteza continental .

El modelo CHUR

Mediante el análisis de composiciones isotópicas de neodimio, DePaolo y Wasserburg (1976 [ 6 ] ) descubrieron que las rocas ígneas terrestres, en el momento de su formación a partir de fundidos, seguían de cerca la línea del " reservorio uniforme condrítico " o "reservorio unifraccionado condrítico" (CHUR), es decir, la forma en que la relación 143 Nd: 144 Nd aumentaba con el tiempo en las condritas . Se cree que los meteoritos condríticos representan el material más antiguo (sin clasificar) que se formó en el Sistema Solar antes de la formación de los planetas. Tienen firmas de elementos traza relativamente homogéneas y, por lo tanto, su evolución isotópica puede modelar la evolución de todo el Sistema Solar y de la "Tierra en su conjunto". Tras representar gráficamente las edades y las proporciones iniciales de 143Nd / 144Nd de las rocas ígneas terrestres en un diagrama de evolución del Nd en función del tiempo, DePaolo y Wasserburg determinaron que las rocas del Arcaico tenían proporciones isotópicas iniciales de Nd muy similares a las definidas por la línea de evolución CHUR.

Notación épsilon

Dado que las desviaciones de 143 Nd/ 144 Nd con respecto a la línea de evolución CHUR son muy pequeñas, DePaolo y Wasserburg argumentaron que sería útil crear una notación que describiera 143 Nd/ 144 Nd en términos de sus desviaciones con respecto a la línea de evolución CHUR. Esta se denomina notación épsilon, donde una unidad épsilon representa una desviación de una parte por cada 10 000 con respecto a la composición CHUR. [ 7 ] Algebraicamente, las unidades épsilon se pueden definir mediante la ecuación

εDakota del Norte(t)=[(143Dakota del Norte144Dakota del Norte)muestra(t)(143Dakota del Norte144Dakota del Norte)IGLESIA(t)−1]×10000.{\displaystyle \varepsilon _{{\text{Nd}}(t)}=\left[{\frac {\left({\frac {^{143}{\text{Nd}}}{^{144}{\text{Nd}}}}\right)_{{\text{muestra}}(t)}}{\left({\frac {^{143}{\text{Nd}}}{^{144}{\text{Nd}}}}\right)_{{\text{CHUR}}(t)}}}-1\right]\times 10\,000.}

Dado que las unidades épsilon son más finas y, por lo tanto, una representación más tangible de la relación isotópica inicial de Nd, al utilizarlas en lugar de las relaciones isotópicas iniciales, resulta más fácil comprender y, por consiguiente, comparar las relaciones iniciales de la corteza con diferentes edades. Además, las unidades épsilon normalizan las relaciones iniciales con respecto a CHUR, eliminando así cualquier efecto causado por los diversos métodos de corrección de fraccionamiento de masa analíticos aplicados. [ 7 ]

Edades del modelo Nd

Dado que CHUR define las proporciones iniciales de las rocas continentales a lo largo del tiempo, se dedujo que las mediciones de 143 Nd/ 144 Nd y 147 Sm/ 144 Nd, con el uso de CHUR, podrían producir edades modelo para la segregación del manto del magma que formó cualquier roca cortical. Esto se ha denominado T CHUR . [ 1 ] Para que se pueda calcular una edad T CHUR , debe haber ocurrido un fraccionamiento entre Nd/Sm durante la extracción de magma del manto para producir una roca continental. Este fraccionamiento causaría entonces una desviación entre las líneas de evolución isotópica de la corteza y el manto. La intersección entre estas dos líneas de evolución indica entonces la edad de formación de la corteza. La edad T CHUR se define mediante la siguiente ecuación:

TIGLESIA=(1λ)ln⁡[1+(143Dakota del Norte144Dakota del Norte)muestra−(143Dakota del Norte144Dakota del Norte)IGLESIA(147Sm144Dakota del Norte)muestra−(147Sm144Dakota del Norte)IGLESIA].{\displaystyle T_{\text{CHUR}}=\left({\frac {1}{\lambda }}\right)\ln \left[1+{\frac {\left({\frac {^{143}{\text{Nd}}}{^{144}{\text{Nd}}}}\right)_{\text{sample}}-\left({\frac {^{143}{\text{Nd}}}{^{144}{\text{Nd}}}}\right)_{\text{CHUR}}}{\left({\frac {^{147}{\text{Sm}}}{^{144}{\text{Nd}}}}\right)_{\text{sample}}-\left({\frac {^{147}{\text{Sm}}}{^{144}{\text{Nd}}}}\right)_{\text{CHUR}}}}\right].}

La datación T- Chur de una roca permite determinar la edad de formación de la corteza terrestre en su conjunto, siempre que la muestra no haya sufrido alteraciones posteriores a su formación. Dado que el Sm y el Nd son elementos de tierras raras (REE), sus proporciones, intrínsecamente inmóviles, resisten la segregación durante el metamorfismo y la fusión de las rocas silicatadas. Esto permite calcular las edades de formación de la corteza, independientemente del metamorfismo que haya experimentado la muestra.

El modelo del manto empobrecido

Gráfico que muestra el modelo de manto empobrecido de DePaolo (1981).

A pesar del buen ajuste de los plutones arcaicos a la línea de evolución isotópica de Nd de CHUR, DePaolo y Wasserburg (1976) observaron que la mayoría de los volcanes oceánicos jóvenes (basaltos de dorsal oceánica media y basaltos de arco insular) se ubicaban de +7 a +12 unidades ɛ por encima de la línea CHUR (ver figura). Esto llevó a la comprensión de que las rocas ígneas continentales arcaicas que se ubicaban dentro del margen de error de la línea CHUR podrían, en cambio, ubicarse en una línea de evolución de manto empobrecido caracterizada por un aumento de las relaciones Sm/Nd y 143 Nd/ 144 Nd a lo largo del tiempo. Para analizar más a fondo esta brecha entre los datos CHUR arcaicos y las muestras volcánicas jóvenes, se realizó un estudio en el basamento metamórfico proterozoico de las Cordilleras Frontales de Colorado (la Formación Idaho Springs). [ 8 ] Las relaciones iniciales 143 Nd/ 144 Nd de las muestras analizadas se representan en un diagrama ɛNd versus tiempo que se muestra en la figura. DePaolo (1981) ajustó una curva cuadrática a los datos de Idaho Springs y al valor promedio de ɛNd para los datos modernos del arco de islas oceánicas, representando así la evolución isotópica del neodimio de un reservorio agotado. La composición del reservorio agotado en relación con la línea de evolución CHUR, en el tiempo T , viene dada por la ecuación

εnorted(T)=0,25T2−3T+8.5{\displaystyle \varepsilon Nd(\mathbf {T} )=0.25\mathbf {T} ^{2}-3\mathbf {T} +8.5}.

Las edades modelo Sm-Nd calculadas utilizando esta curva se denominan edades TDM. DePaolo (1981) argumentó que estas edades modelo TDM producirían una edad más precisa para las edades de formación de la corteza que las edades modelo TCHUR; por ejemplo, una edad modelo TCHUR anómalamente baja de 0,8 Gy del compuesto Grenville de McCulloch y Wasserburg se revisó a una edad TDM de 1,3 Gy, típica para la formación de corteza juvenil durante la orogenia Grenville .  

Véase también

Notas

  1. ↑ El valor anterior utilizado fue 1,03(5) × 108 años; el valor 6,8(7) × 10También se utilizó el período de 7 años entre 2012 y 2023. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

Referencias

  1. 1 2 3 McCulloch, MT; Wasserburg, GJ (1978). "Cronología Sm–Nd y Rb–Sr de la formación de la corteza continental" . Science . 200 ( 4345): 1003– 11. Bibcode : 1978Sci...200.1003M . doi : 10.1126/science.200.4345.1003 . PMID 17740673. S2CID 40675318 .  
  2. ↑ Chiera, Nadine M.; Sprung, Peter; Amelin, Yuri; Dressler, Rugard; Schumann, Dorothea; Talip, Zeynep (1 de agosto de 2024). "La vida media del 146 Sm remeditada: consolidando el cronómetro para eventos en el Sistema Solar temprano" . Scientific Reports . 14 (1). doi : 10.1038/s41598-024-64104-6 . PMC 11294585 . 
  3. ^ Villa, IM; Holden, NE; Possolo, A.; Ickert, RB; Hibbert, DB; Renne, PR (septiembre de 2020). "Recomendación IUPAC-IUGS sobre las vidas medias de 147Sm y 146Sm". Geochimica et Cosmochimica Acta . 285 : 70– 77. doi : 10.1016/j.gca.2020.06.022 . ISSN 0016-7037 . OSTI 1644013 .  
  4. ↑ Kinoshita, N.; Paul, M.; Kashiv, Y.; Collon, P.; Deibel, CM; DiGiovine, B.; Greene, JP; Jiang, CL; Marley, ST; Pardo, RC; Rehm, KE; Robertson, D.; Scott, R.; Schmitt, C.; Tang, XD; Vondrasek, R.; Yokoyama, A. (30 de marzo de 2023). "Retracción" . Science . 379 (6639): 1307. doi : 10.1126/science.adh7739 . PMID 36996231 . 
  5. ↑ Joelving, Frederik (30 de marzo de 2023). "Un pequeño error para un físico, un error garrafal para la ciencia planetaria" . Retraction Watch . Consultado el 30 de marzo de 2023 .
  6. 1 2 3 Depaolo, DJ; Wasserburg, GJ (1976). "Variaciones isotópicas de Nd y modelos petrogenéticos" (PDF) . Geophysical Research Letters . 3 (5): 249. Bibcode : 1976GeoRL...3..249D . doi : 10.1029/GL003i005p00249 .
  7. 1 2 Dickin, AP, 2005. Geología de isótopos radiogénicos , 2.ª ed. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-82316-1págs. 76–77.
  8. ↑ DePaolo, DJ (1981). Isótopos de neodimio en la Cordillera Frontal de Colorado y evolución de la corteza y el manto en el Proterozoico. Nature 291, 193–197.
  • Portal de datos de geocronología e isótopos