Bibliografa

1
GEOQUÍMICA ISOTÓPICA
Bibliografía
Faure, G., Principles of Isotope Geology, 2nd
edition, John Wiley Sons, New York, 589 pp.,
1986. Faure, G. y Mansing, T., Isotopes.
Principles and Applications, 3rd edition, John
Wiley Sons, New York, 897 pp., 2005. Faure,
G., Origin of Igneous Rocks. The Isotopic
Evidence, Springer, Berlin, 494 pp.,
2001. Dickin, A. P., Radiogenic Isotope Geology,
Cambridge Univ. Press, 490 pp., 1995. Geyh, M.
A. y Schleicher, H., Absolute Age Determination,
Springer, Berlin, 503 pp., 1990. White, W.M.,
Isotope Geochemistry, http//www.geo.cornell.edu/g
eology/classes/GEO656.HTML
2
GEOQUÍMICA ISOTÓPICA
Tiene realación con ASTROFÍSICA FÍSICA CIENCIAS
DE LA TIERRA
GEOCRONOLOGÍA COMPOSICIÓN DEL MANTO Y DE LA
CORTEZA GÉNESIS DE MINERALES Y
ROCAS VULCANOLOGÍA HIDROLOGÍA MIGRACIÓN DE
HIDROCARBUROS MONITORES DE RAYOS
CÓSMICOS ARQUEOLOGÍA
3
(No Transcript)
4
HISTORIA DE LA GEOQUÍMICA ISOTÓPICA
(GEOCRONOLOGÍA)
1650 Bishop Usher (York) edad de la tierra 4004
años A.C. Hasta 1750 CATASTROFISTAS Todas las
rocas y rasgos sobre la superficie de la tierra
provienen de fenómenos catastróficos. 1785 James
Hutton Observa la importancia de cada uno de los
fenómenos (lentos y continuos), modela la
superficie de la tierra. Desarrolla la teoría del
UNIFORMITARISMO (Libro Theory of the
Earth) Pasado Presente ca.
1800 Cuvier y Brogniart Estratigrafía de la
Cuenca de París con fósiles TERCIARIO! 1830
Charles Lyell publica el Libro Principles of
Geology. 1862 Lord Kelvin Estudia la
luminosidad del sol, mareas de la luna, rotación
de la tierra, etc. Supone con bases científicas
que la edad de la tierra es de 100 Ma. Mas tarde
en 1897 entre 20 y 40 Ma. 1896 Henri
Becquerel Descubre la radiactividad.
5
1898 Marie Curie Descubre el Th, Po, Ra. 1899
Rutherford Investiga estas sustancias
radiactivas y encuentra que están compuestas de
partículas a ( 4He), b (positivos y negativos) y
g (similares a Rayos-X). 1900 Soddy y Rutherford
estudian el Th y sus componentes, además
encuentran la tasa de desintegración
(ACTIVIDAD) dN/ dt lN (l constante de
decaimiento t tiempo N número de átomos
radiactivos presentes) 1912 Bohr propone el
modelo atómico 1H. 1914 Richard y Lambert
Descubren que los pesos atómicos no son números
enteros e introducen el término isótopo. 1919
Rutherford encuentra que el núcleo del átomo
tiene protones (p).
6
1914 Aston diseña un ESPECTRÓGRAFO de masas y
determina 212 de los 287 isótopos que ocurren en
la naturaleza y calcula la masa se cada uno de
estos elementos. 1940 Nier calcula la
composición isotópica del Pb, basado en el
decaimiento radiactivo de U-Th. Además, diseña
un ESPECTRÓMETRO de masas y establece las bases
para el método de K-Ar. OTROS PUNTOS
IMPORTANTES 1903 Marie y Pierre Curie descubren
que el decaimiento radiactivo es un proceso
exotérmico. Afecta tasas de calor en la tierra gt
Premio Nobel de Física. Los halos pleocroicos
(p.ej. en micas) son resultado de daños por
radiación. 1913 Holmes determina la edad del
Arqueano en 1,300 Ma. 1931 Urey descubre el 2H
D (Deuterio) a partir de la diferencia de
presiones de vapor en el hidrógeno. También
descubre que el O sufre un fraccionamiento
natural en carbonatos marinos.
7
LOS ELEMENTOS QUÍMICOS ESTÁN FORMADOS DE ÁTOMOS
CON
Protones () Neutrones (/-) Electrones (-) En
donde N de neutrones Z protones (
atómico) A masa atómica (suma de NZ masa)
8
Tipos de Núclidos
Isótopo Núclido que contiene el mismo número de
protones (Z), pero diferente número de neutrones
(N). Mismo elemento!! Isótono Contiene el mismo
número de neutrones (N) y diferente número de
protones (Z). Diferentes
elementos!! Isóbaro Igual masa (A),
diferentes números de protones (Z) y neutrones
(N). Diferentes elementos!!
Ejemplo de notación para un isótopo de neón Ne
X X
9
Número de protones (Z)
ISÓTOPOS
ISÓTONOS
ISÓBAROS
Número de neutrones (N)
10
Abundancia de los elementos H y He gt mas
abundantes Li y Be gt extremadamente baja Fe
gt muy abundante Pb gt mas alto de lo
esperado U gt elemento poco
abundante Z84-89 gt baja, productos del
decaí- (Po-Ac) miento de U y Th
11
Efecto Oddo-Harkins
12
Tabla de núclidos
- total ca. 2500 núclidos - solamente 270 (ca.
10) núclidos estables (campos negros) -
distribución de los núclidos estables
A Z N de núclidos estables par par par
161 non par non 55 non non par
50 par non non 4 total 270
Z y/o N mágicos 2, 8, 10, 20, 28, 50, 82, 126
13
Abundancia de los isótopos de estaño (Z 50)
14
Decaimiento radiactivo
El núcleo de átomos inestables se transforma
espontánea- mente a una configuración mas estable
con la emisión de partículas ( a, b, g) y
energía de irradiación gt fenómeno de la
radiactividad.
Tipos de decaimiento -Beta Negativo (b -,
Negatrón) -Beta Positivo (b ,
Positrón) -Captura de electrones -Alfa -Fisión
espontánea
15
Decaimiento radiactivo - Vida Media
T1/2 ln2/l
Geyh Schleicher (1990)
16
Átomo
Diámetro de un átomo (con su capa de
electrones) ca. 10-8 cm 1 Å (Angström). El
núcleo es 10,000 veces más pequeño y tiene un
diámetro de 10-12 hasta 10-13 cm (10-4 - 10-5
Å). La densidad del núcleo es ca. 1014 g/cm3.
Peso atómico (ejemplo) Isótopo Masa
Abundancia 35Cl 34.96885 x 0.7577
26.4958 37Cl 36.96590 x 0.2423 8.9568 Peso
atómico 35.4526 amu
amu atomic
mass units
17
Decaimiento Beta Negativo (Negatron)
!
Un neutrón es convertido en un protón más un
electrón. El electrón es expulsado del núcleo y
es lo que se conoce como una emisión b-. Además
del electrón, se emite también un antineutrino
mas energía.
Núcleos con exceso de neutrones (p.ej. 87Rb
87Sr
14C 14N)
Productos siempre isóbaros!!
18
Decaimiento Beta Positivo (Positrón)
Z-1 N1
1p 1n1enQ
Un protón es convertido en un neutrón más un
positrón (cargado positiva- mente). El positrón
es emitido del núcleo más un neutrino.
Núcleos con déficit de neutrones (p.ej. 18F
18O
22Na 22Ne)
Productos siempre isóbaros!!
19
Captura de electrones
Mecanismo alternativo al decaimiento Beta
Positivo Un núcleo disminuye su número de
protones y aumenta su número de neutrones por
medio de la captura de uno de sus
electrones extranucleares (capa K con
preferencia, pero también L y M). El electrón
capturado se reúne con un protón emisión de un
neutrino energía (rayos x).
Z-1 N1
1p1e- nnQ
(rayos X)
p. ej. 40K 40Ar
Productos siempre isóbaros!!
20
Ejemplos de decaimientos tipo Beta
21
Decaimiento ramificado
Un isótopo inestable puede decaer a través de
diferentes mecanismos isobá- ricos. P. ej. el
decaimiento del 40K por b-, b, y captura de
elec- trones.
22
Decaimiento ramificado
23
Decaimiento Alfa
Z-2 N-2 A-4
El decaimiento alfa occure en núclidos pesados
(Zgt58(Ce)) por medio de la emisión de un átomo de
He (4He). Aquí sí existe una pérdida de masa en
el núcleo, la cual es equivalente a 4. P.ej.
147Sm 143Nd 238U 234Th
Productos isótopos de diferentes elementos!!
24
Series de decaimiento del 238U
245 ka
4.5 Ga
80 ka
1600 a
3.8 d
22.3 a
25
Fisión espontánea
También artificial!!
Ocurre en núcleos pesados. Se generan dos núcleos
asimétricos con diferentes valores de Z (A entre
30 (Zn) y 65 (Te) más neutrones y partículas
alfa energía. Los productos tienen exceso de
N. Este mecanismo de decaimiento libera
neutrones por lo que propicia reacciones en
cadena.
26
Fisión artificial
U tiene 3 isótopos y todos son radiactivos 238U
99.275 235U 0.720 234U 0.005. 235U con
92 protones y 143 neutrones (non!) se puede
fisionar por neutrones térmicos, 238U no. Para
el uso en elementos de combustión en reactores
nucleares (o bombas atómicas) hay que enriquecer
el 235U hasta 3.
Distribución de los productos de fisión del 235U.
27
Trazas por fisión en un zircón con una edad de
300 Ma.
Autoradiografía de hongos de Alemania después
del accidente de Chernobyl en 1986 (exposición
84 días).
137Cs
28
0.1 mm
1 mm
100-300 mm
137Cs
29
Unidades radiométricas
137Cs
30
Exposición anual en mSv
Permitido (Alemania) 2.4 mSv/a
externa
interna total Radiación
cósmica 300 - 300 núcl. cosmogénicos - 15
15 radionucl. primordiales 40K 120 180 300 Se
rie del 238U 238U-226Ra 30 222Ra-214Po 90
1100 1350 210Pb-210Po 130 Serie del 232
Th 140 240 380 total 650 1700 2400