datación rubidio-estroncio

El método de datación rubidio-estroncio (Rb-Sr) es una técnica de datación radiométrica que los científicos utilizan para determinar la edad de rocas y minerales a partir de su contenido de isótopos específicos de rubidio ( ^⁸⁷Rb ) y estroncio ( ^⁸⁷Sr , ^⁸⁶Sr ). Uno de los dos isótopos naturales del rubidio, ^{el ⁸⁷Rb} , se desintegra en ^⁸⁷Sr con una vida media de 49.230 millones de años. El isótopo descendiente radiogénico , el ^⁸⁷Sr , producido en este proceso de desintegración, es el único de los cuatro isótopos naturales de estroncio que no se produjo exclusivamente por nucleosíntesis estelar anterior a la formación del Sistema Solar. Con el tiempo, la desintegración del ^⁸⁷Rb aumenta la cantidad de ^⁸⁷Sr radiogénico , mientras que la cantidad de los otros isótopos de estroncio permanece inalterada.

La relación ⁸⁷ Sr/ ⁸⁶ Sr en una muestra mineral se puede medir con precisión utilizando un espectrómetro de masas. Si se puede determinar la cantidad de isótopos de Sr y Rb en ​​la muestra cuando se formó, la edad se puede calcular a partir del aumento en ⁸⁷ Sr/ ⁸⁶ Sr. Diferentes minerales que cristalizaron a partir del mismo fundido silícico tendrán todos el mismo ⁸⁷ Sr/ ⁸⁶ Sr inicial que el fundido parental. Sin embargo, debido a que el Rb sustituye al K en los minerales y estos minerales tienen diferentes relaciones K /Ca, los minerales habrán tenido diferentes relaciones Rb/Sr iniciales, y la relación ⁸⁷ Sr/ ⁸⁶ Sr final no habrá aumentado tanto en los minerales más pobres en Rb. Típicamente, Rb/Sr aumenta en el orden plagioclasa, hornblenda, feldespato potásico, biotita, moscovita. Por lo tanto, si se dispone de tiempo suficiente para una producción significativa (crecimiento) de isótopo radiogénico ^87Sr , los valores medidos de ^87Sr / ^86Sr variarán en los minerales, aumentando en el mismo orden. La comparación de diferentes minerales en una muestra de roca permite a los científicos inferir la relación original de ^87Sr / ^86Sr y determinar la edad de la roca.

Además, el Rb es un elemento altamente incompatible que, durante la fusión parcial del manto, prefiere unirse al magma fundido en lugar de permanecer en los minerales del manto. Como resultado, el Rb se enriquece en las rocas de la corteza en relación con el manto, y la relación ^87Sr / ^86Sr es mayor en las rocas de la corteza que en las del manto. Esto permite a los científicos distinguir el magma producido por la fusión de la corteza del magma producido por la fusión de la roca del manto, incluso si la diferenciación magmática posterior produce una química general similar. ^{[ 1 ]} Los científicos también pueden estimar, a partir de la ^{relación 87Sr} / ^86Sr , cuándo se formó por primera vez la corteza a partir del magma extraído del manto, incluso si la roca posteriormente se metamorfiza o incluso se funde y recristaliza. Esto proporciona pistas sobre la edad de los continentes de la Tierra. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

El desarrollo de este proceso fue posible gracias a la colaboración de los químicos alemanes Lise Meitner , Otto Hahn y Fritz Strassmann , quienes descubrieron la fisión nuclear en diciembre de 1938.

Por ejemplo, consideremos el caso de una roca ígnea como el granito , que contiene varios minerales principales con estroncio, como el feldespato plagioclasa , el feldespato potásico , la hornblenda , la biotita y la moscovita . Cada uno de estos minerales tiene una relación rubidio/estroncio inicial diferente, que depende de su contenido de potasio, la concentración de Rb y K en el fundido y la temperatura a la que se formaron. El rubidio sustituye al potasio en la red cristalina de los minerales a una velocidad proporcional a su concentración en el fundido.

Según la serie de reacciones de Bowen, el escenario ideal implicaría que una masa fundida de granito cristalice una asociación acumulativa de plagioclasa y hornblenda (es decir, tonalita o diorita ), con bajo contenido de K (y, por lo tanto, de Rb) pero alto contenido de Sr (ya que este sustituye al Ca), lo que enriquece proporcionalmente la masa fundida en K y Rb. Esto provoca la precipitación de ortoclasa y biotita, minerales ricos en K en los que el Rb puede sustituir. Las relaciones Rb-Sr resultantes y las abundancias de Rb y Sr tanto en las rocas totales como en sus minerales componentes serán marcadamente diferentes. Esto, por lo tanto, permite que la tasa de evolución del Sr radiogénico varíe entre las rocas y sus minerales componentes a medida que avanza el tiempo.

La edad de una muestra se determina analizando diversos minerales en múltiples submuestras de diferentes partes de la muestra original. La relación ^⁸⁷Sr / ^{⁸⁶Sr de cada submuestra se representa gráficamente frente a su relación ⁸⁷Rb} / ^⁸⁶Sr en una isócrona . Si estas isócronas forman una línea recta, las submuestras son consistentes y la edad probablemente sea fiable. La pendiente de la línea indica la edad de la muestra.

Dada la ley universal de desintegración radiactiva y la siguiente desintegración beta del rubidio :${\displaystyle {\ce {^{87}_{37}Rb->[{\beta ^{-}}]~_{38}^{87}Sr~+e^{-}\ +{\bar {\nu }}_{e}}}}$, obtenemos la expresión que describe el crecimiento del estroncio-87 a partir de la desintegración del rubidio-87:$${\displaystyle _{38}^{87}{\text{Sr}}(t)=~_{38}^{87}{\text{Sr}}(0)+~_{37}^{87}{\text{Rb}}(e^{\lambda t}-1)\ ,}$$${\displaystyle {\ce {\lambda}}}$siendo la constante de desintegración del rubidio. Además, consideramos el número de${\displaystyle {\ce {^{86}_{38}Sr}}}$como constante, ya que es estable y no radiogénico. Por lo tanto, $${\displaystyle {\frac {^{87}{\text{Sr}}}{^{86}{\text{Sr}}}}=\left({\frac {^{87}{\text{Sr}}}{^{86}{\text{Sr}}}}\right)_{0}+{\frac {^{87}{\text{Rb}}}{^{86}{\text{Sr}}}}(e^{\lambda t}-1)}$$es la ecuación de isócrona. Después de medir la concentración de rubidio y estroncio en el mineral, podemos determinar fácilmente la edad, el valor t, de la muestra. ^{[ 4 ]}

La datación Rb-Sr se basa en la medición correcta de la relación Rb-Sr de una muestra de mineral o roca entera, además de derivar una relación ⁸⁷ Sr/ ⁸⁶ Sr precisa para la muestra de mineral o roca entera.

Para que una datación Rb-Sr pueda considerarse representativa del momento de emplazamiento o formación de una roca, deben cumplirse varias condiciones previas.

• El sistema debe haber permanecido cerrado a la difusión de Rb y Sr desde el momento en que se formó la roca o cayó por debajo de la temperatura de cierre (generalmente considerada de 650  °C);
• Los minerales que se toman de una roca para construir una isócrona deben haberse formado en equilibrio químico entre sí o, en el caso de los sedimentos, haberse depositado al mismo tiempo;
• La roca no debe haber sufrido ningún metasomatismo que pudiera haber alterado el sistema Rb-Sr, ya sea térmica o químicamente.

Una de las principales desventajas (y, a la inversa, la utilidad más importante) de utilizar Rb y Sr para obtener una datación radiométrica es su relativa movilidad, especialmente en fluidos hidrotermales . El Rb y el Sr son elementos alcalinos relativamente móviles y, como tales, se desplazan con relativa facilidad debido a los fluidos hidrotermales calientes, a menudo carbonatados , presentes durante el metamorfismo o el magmatismo.

Por el contrario, estos fluidos pueden alterar metasomáticamente una roca, introduciendo nuevo Rb y Sr en ella (generalmente durante la alteración potásica o la alteración cálcica ( albitización )). El análisis Rb-Sr puede utilizarse en la mineralogía alterada para datar el momento de esta alteración, pero no la fecha de formación de la roca.

Por lo tanto, para determinar la edad de un resultado, es necesario estudiar la historia metasomática y térmica de la roca, cualquier evento metamórfico y cualquier evidencia de movimiento de fluidos. Una datación Rb-Sr que difiere de la obtenida con otros geocronómetros no necesariamente es inútil, sino que puede proporcionar datos sobre un evento que no representa la edad de formación de la roca.

• Datación radiométrica

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• "Tabla periódica - estroncio" . Recursos sobre isótopos . USGS. Enero de 2004. Consultado el 10 de noviembre de 2016 .
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• Walther, John Victor (2009). «Sistemática del rubidio y el estroncio» . Fundamentos de geoquímica . Jones & Bartlett Learning. págs. 383-385 . ISBN  978-0-7637-5922-3.

• CSIRO Petroleum – Evolución global de los isótopos de estroncio en el agua de mar