Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Datación uranio-plomo

La datación uranio-plomo , abreviada como datación U-Pb , es uno de los métodos de datación radiométrica más antiguos [ 1 ] y refinados . Se puede utilizar para datar rocas que ...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

La datación uranio-plomo , abreviada como datación U-Pb , es uno de los métodos de datación radiométrica más antiguos [ 1 ] y refinados . Se puede utilizar para datar rocas que se formaron y cristalizaron hace aproximadamente 1 millón de años hasta hace más de 4500 millones de años, con precisiones rutinarias del 0,1 al 1 por ciento. [ 2 ] [ 3 ]

Este método se aplica generalmente al circón . Este mineral incorpora átomos de uranio y torio en su estructura cristalina , pero rechaza fuertemente el plomo durante su formación. Por consiguiente, los cristales de circón recién formados no contienen plomo, lo que significa que cualquier plomo presente en el mineral es radiogénico . Dado que se conoce la velocidad exacta a la que el uranio se desintegra en plomo, la proporción actual de plomo respecto al uranio en una muestra del mineral permite determinar su edad con precisión.

El método se basa en dos cadenas de desintegración separadas : la serie del uranio , desde el 238U hasta el 206Pb , con una vida media de 4.470 millones de años, y la serie del actinio, desde el 235U hasta el 207Pb , con una vida media de 710 millones de años.

Rutas de descomposición

El uranio se desintegra en plomo mediante una serie de desintegraciones alfa y beta , en las que el 238U y sus nucleidos hijos experimentan un total de ocho desintegraciones alfa y seis beta, mientras que el 235U y sus hijos solo experimentan siete desintegraciones alfa y cuatro beta. [ 4 ]

La existencia de dos rutas de desintegración paralelas del uranio-plomo ( 238U a 206Pb y 235U a 207Pb ) da lugar a múltiples técnicas de datación viables dentro del sistema U-Pb. El término datación U-Pb normalmente implica el uso combinado de ambos esquemas de desintegración en el diagrama de concordia (véase más abajo).

Sin embargo, el uso de un único esquema de desintegración (generalmente de 238 U a 206 Pb) da lugar al método de datación por isócronas U-Pb, análogo al método de datación rubidio-estroncio .

Finalmente, las edades también pueden determinarse a partir del sistema U-Pb mediante el análisis de las proporciones de isótopos de plomo. Este método se conoce como datación plomo-plomo . Clair Cameron Patterson , geoquímico estadounidense pionero en los estudios de datación radiométrica uranio-plomo, lo utilizó para obtener en 1956 una de las primeras estimaciones de la edad de la Tierra, de 4,550 Gy ± 70 millones de años; una cifra que prácticamente no ha sido cuestionada desde entonces.

Mineralogía

Aunque el circón (ZrSiO 4 ) es el mineral más utilizado, también se pueden usar otros minerales como la monacita (véase: geocronología de la monacita ), la titanita y la baddeleyita .

Cuando no es posible obtener cristales como el circón con inclusiones de uranio y torio, las técnicas de datación uranio-plomo también se han aplicado a otros minerales como la calcita / aragonita y otros minerales carbonatados . Estos tipos de minerales suelen producir edades de menor precisión que los minerales ígneos y metamórficos tradicionalmente utilizados para la datación, pero son más comunes en el registro geológico.

Mecanismo

Durante las etapas de desintegración alfa , el cristal de circón sufre daños por radiación, asociados a cada desintegración alfa. Estos daños se concentran principalmente alrededor del isótopo padre (U y Th), expulsando al isótopo hijo (Pb) de su posición original en la red cristalina del circón.

En áreas con alta concentración del isótopo original, el daño a la red cristalina es bastante extenso y a menudo se interconecta para formar una red de áreas dañadas por la radiación. [ 4 ] Las trazas de fisión y las microfisuras dentro del cristal extenderán aún más esta red de daño por radiación.

Estas trazas de fisión actúan como conductos en lo profundo del cristal, proporcionando un método de transporte para facilitar la lixiviación de isótopos de plomo del cristal de circón. [ 5 ]

Cálculo

En condiciones en las que no se ha producido pérdida ni ganancia de plomo del entorno externo, la edad del circón se puede calcular asumiendo una desintegración exponencial del uranio. Es decir,

nortenorte=norteomi−λt{\displaystyle N_{\mathrm {n} }=N_{\mathrm {o} }e^{-\lambda t}\,}

dónde

  • nortenorte=U{\displaystyle N_{\mathrm {n} }=\mathrm {U} }es el número de átomos de uranio medidos actualmente.
  • norteo{\displaystyle N_{\mathrm {o} }}es el número de átomos de uranio originalmente, igual a la suma de los átomos de uranio y plomo.U+PAGb{\displaystyle \mathrm {U} +\mathrm {Pb} }medido ahora.
  • λ=λU{\displaystyle \lambda =\lambda _ {\mathrm {U} }}es la tasa de desintegración del uranio.
  • t{\displaystyle t}es la edad del circón, que es lo que se quiere determinar.

Esto da

U=(U+PAGb)mi−λUt,{\displaystyle \mathrm {U} =\left(\mathrm {U} +\mathrm {Pb} \right)e^{-\lambda _{\mathrm {U} }t},}

que se puede escribir como

PAGbU=miλUt−1.{\displaystyle {{\mathrm {Pb} } \over {\mathrm {U} }}=e^{\lambda _{\mathrm {U} }t}-1.}

Las cadenas de desintegración más utilizadas del uranio y el plomo dan como resultado las siguientes ecuaciones:

(La notaciónPb∗{\displaystyle {\text{Pb}}^{*}}(A veces usado en este contexto, se refiere al plomo radiogénico . Para el circón no alterado, se puede asumir que el contenido original de plomo es cero y se puede ignorar la notación). Se dice que estos producen edades concordantes ( t de cada ecuación 1 y 2). Son estas edades concordantes, representadas gráficamente en una serie de intervalos de tiempo, las que dan como resultado la línea concordante. [ 6 ]

La pérdida (fuga) de plomo de la muestra dará lugar a una discrepancia en las edades determinadas por cada esquema de desintegración. Este efecto se denomina discordancia y se muestra en la Figura  1. Si una serie de muestras de circón ha perdido diferentes cantidades de plomo, las muestras generan una línea discordante. La intersección superior de la línea de concordia y la de discordia reflejará la edad original de formación, mientras que la intersección inferior reflejará la edad del evento que condujo al comportamiento de sistema abierto y, por lo tanto, a la pérdida de plomo; aunque ha habido cierta controversia respecto al significado de las edades de la intersección inferior. [ 6 ]

Figura  1: Diagrama de concordia para datos publicados por Mattinson [ 5 ] para muestras de circón de las montañas Klamath en el norte de California. Las edades de la concordia aumentan en incrementos de 100  millones de años.

El circón intacto retiene el plomo generado por la desintegración radiactiva del uranio y el torio hasta temperaturas muy elevadas (alrededor de 900  °C), aunque el daño por radiación acumulado en zonas con alto contenido de uranio puede reducir esta temperatura sustancialmente. El circón es muy inerte químicamente y resistente a la meteorización mecánica, lo que representa una ventaja y una desventaja para los geocronólogos, ya que zonas o incluso cristales enteros pueden sobrevivir a la fusión de su roca madre con su edad original de uranio-plomo intacta. Por lo tanto, los cristales de circón con historias prolongadas y complejas pueden contener zonas de edades muy diferentes (generalmente con la zona más antigua formando el núcleo y la más joven el borde del cristal), y por ello se dice que demuestran "características heredadas". Desentrañar estas complejidades (que también pueden existir en otros minerales, dependiendo de su temperatura máxima de retención de plomo) generalmente requiere un análisis de microhaz in situ utilizando, por ejemplo, una microsonda iónica ( SIMS ) o un ICP-MS láser .

Corrección de plomo

Para que las relaciones isotópicas U-Pb proporcionen una edad con significado geológico, es importante tener en cuenta qué proporción de los isótopos de plomo medidos proviene del uranio que se ha desintegrado en el mineral desde su formación. El plomo inicial Pb I o Pb O es el plomo que ha estado presente en el mineral desde su formación. El plomo común Pb C se refiere a todo el plomo que no se formó por la desintegración del uranio en el mineral. Cabe destacar que el Pb C también incluye el plomo medido que proviene de la contaminación de laboratorio. [ 7 ]

Imagen BSE de un circón complejo que muestra un núcleo, un borde, fracturas y alteración por fluidos, con leyenda y escala. El circón proviene de un metagranitoide en Bergslagen, Suecia.

Fuentes de plomo inicial

Los circones tienden a rechazar el plomo durante la cristalización, mientras que el uranio puede sustituirlo . Sin embargo, el plomo puede entrar o salir de los circones, por ejemplo, mediante metamorfismo (parcial), inclusiones, grietas o alteraciones por fluidos. Dado que este plomo puede influir en las proporciones finales de U/Pb, es común estudiar cada circón mediante imágenes de electrones retrodispersados, que permiten detectar la mayoría de las alteraciones. [ 8 ]

Otros minerales utilizados para la datación uranio-plomo pueden contener plomo desde su origen, como la monacita [ 9 ] , la titanita [ 10 ] y la apatita [ 11 ] . El contenido de uranio, torio y plomo puede variar significativamente entre cristales individuales y dentro de ellos.

Corrección de plomo

Cuando hay plomo inicialmente en el sistema, existen varias técnicas para mitigarlo.

  • Diagrama de Concordia de Tera-Wasserburg : un tipo de diagrama de Concordia donde se representa gráficamente 207 Pb/ 206 Pb frente a 238 U/ 206 Pb. La ventaja de representar gráficamente la relación plomo/plomo es que, al realizar una regresión de una población de muestra, no solo se obtiene una edad de intersección, sino también una relación Pb i calculada . Esto combina la potencia del diagrama de Concordia con el método de isócronas. [ 7 ] [ 12 ]
  • Edad de intersección de isócrona : este método se puede utilizar cuando existe una variedad de contenido de uranio y plomo en los datos. La isócrona es una línea que atraviesa los puntos de datos con alto y bajo contenido de U/Pb, lo que proporciona un valor de Pb i específico para esa muestra que se intersecta con una edad de evento.
  • Estimación inicial de la edad basada en el modelo de Stacey-Kramer : si hay datos insuficientes o si los datos no están suficientemente dispersos para intentar una regresión para calcular la edad usando una estimación de la proporción inicial de edad. Stacey y Kramer hicieron un modelo de dos etapas de cómo cambió esta proporción durante la historia de la Tierra. [ 13 ] Para usar este modelo es necesario estimar la edad aproximada basándose en la geología circundante y la ( bio ) estratigrafía .

Referencias

  1. ↑ Boltwood, BB (1907). "Productos de desintegración final de los elementos radiactivos; Parte II, Productos de desintegración del uranio" . American Journal of Science . 23 (134): 78– 88. Bibcode : 1907AmJS...23...78B . doi : 10.2475/ajs.s4-23.134.78 . S2CID 131688682 . 
  2. ↑ Schoene, Blair (2014). "Geocronología U–Th–Pb" (PDF) . Universidad de Princeton, Princeton, NJ, EE. UU . Recuperado el 6 de agosto de 2022 .
  3. ↑ Schaltegger, U.; Schmitt, AK; Horstwood, MSA (2015). "Geocronología de circones U–Th–Pb mediante ID-TIMS, SIMS y ablación láser ICP-MS: Recetas, interpretaciones y oportunidades" (PDF) . Chemical Geology . 402 : 89–110 . Bibcode : 2015ChGeo.402...89S . doi : 10.1016/j.chemgeo.2015.02.028 .
  4. 1 2 Romer, Rolf L. (2003). "Retroceso alfa en geocronología U-Pb: el tamaño efectivo de la muestra importa". Contributions to Mineralogy and Petrology . 145 (4): 481– 491. Bibcode : 2003CoMP..145..481R . doi : 10.1007/s00410-003-0463-0 . S2CID 129763448 . 
  5. 1 2 Mattinson, James M. (2005). "Método de abrasión química U-Pb de circón ("CA-TIMS"): recocido combinado y análisis de disolución parcial en múltiples etapas para mejorar la precisión y exactitud de las edades del circón". Chemical Geology . 220 ( 1– 2): 47– 66. Bibcode : 2005ChGeo.220...47M . doi : 10.1016/j.chemgeo.2005.03.011 .
  6. 1 2 Dickin, Alan P. (2005). Geología de isótopos radiogénicos . pág. 101. doi : 10.1017/CBO9781139165150 . ISBN  978-1-139-16515-0.
  7. 1 2 "Geocronología U–Th–Pb | Laboratorio de Espectrómetro de Masas de Ionización Térmica" . timslab.princeton.edu . Consultado el 30 de abril de 2026 .
  8. ↑ Andersen, Tom; Elburg, Marlina A.; Magwaza, Boniswa N. (2019-10-01). "Fuentes de sesgo en la geocronología de circones detríticos: discordancia, pérdida oculta de plomo y corrección común del plomo" . Earth-Science Reviews . 197 102899. doi : 10.1016/j.earscirev.2019.102899 . ISSN 0012-8252 . 
  9. ↑ Stern, Richard A; Berman, Robert G (2001-02-01). "Geocronología de U-Pb y Th-Pb en monacita mediante microsonda iónica, con una aplicación a la datación in situ de una roca metasedimentaria del Arcaico" . Chemical Geology . ¿Qué estamos datando? Entendiendo la cristalogénesis del U-Pb. 172 (1): 113– 130. doi : 10.1016/S0009-2541(00)00239-4 . ISSN 0009-2541 . 
  10. ↑ Frost, B. Ronald; Chamberlain, Kevin R.; Schumacher, John C. (2001-02-01). "Esfena (titanita): relaciones de fase y función como geocronómetro" . Chemical Geology . ¿Qué estamos datando? Entendiendo la cristalogénesis del U-Pb. 172 (1): 131– 148. doi : 10.1016/S0009-2541(00)00240-0 . ISSN 0009-2541 . 
  11. ↑ Chamberlain, Kevin R.; Bowring, Samuel A. (2001-02-01). "Termocronómetro U-Pb de apatita-feldespato: un sistema confiable, de rango medio (∼450 °C), controlado por difusión" . Chemical Geology . ¿Qué estamos datando? Entendiendo la cristalogénesis del U-Pb. 172 (1): 173–200 . doi : 10.1016/S0009-2541(00)00242-4 . ISSN 0009-2541 . 
  12. ↑ Tera, Fouad; Wasserburg, GJ (1972-04-01). "Sistemática U-Th-Pb en tres basaltos del Apolo 14 y el problema del Pb inicial en rocas lunares" . Earth and Planetary Science Letters . 14 (3): 281– 304. doi : 10.1016/0012-821X(72)90128-8 . ISSN 0012-821X . 
  13. ↑ Stacey, JS; Kramers, JD (1975-06-01). "Aproximación de la evolución de los isótopos de plomo terrestres mediante un modelo de dos etapas" . Earth and Planetary Science Letters . 26 (2): 207– 221. doi : 10.1016/0012-821X(75)90088-6 . ISSN 0012-821X .