Datació isòcrona

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure.
Saltar a la navegació Saltar a la cerca
Diagrama isòcró d’un isòtop radiogènic (D *) en comparació amb la corba de l’ isòtop d’on deriva (P), normalitzat a un isòtop estable final (D ref ). Permet derivar l’edat de la mostra a partir de l’evolució isotòpica en el pas del temps t 0 a 1 i t 2 .

La datació isòcrona és una tècnica de datació radiomètrica aplicable a esdeveniments particulars de la història de les roques com la cristal·lització , el metamorfisme , els xocs tèrmics i la diferenciació dels fusos magmàtics precursors. La datació isòcrona de vegades es subdivideix en datació isòcrona d’un mineral i datació isòcrona completa d’una roca ; ambdues tècniques s’apliquen freqüentment a les roques datades d’origen tant terrestre com extraterrestre, com en els meteorits .

L’avantatge de la datació isòcrona en comparació amb les tècniques de datació radiomètrica simple rau en el fet que no requereix suposicions sobre la quantitat inicial de nuclidi infantil present en la seqüència de desintegració radioactiva . De fet, aquest valor es pot determinar pel propi mètode.

La tècnica es pot aplicar si el nuclidi infantil té almenys un isòtop estable que no sigui el radiogènic en què decau el nuclidi pare. [1] [2] [3]

Conceptes bàsics del mètode

La datació isòcrona requereix que la roca font inicialment contenia quantitats tant del nucli radiogènic com del nucli estable del nucli, juntament amb una quantitat del nuclidi pare. En el moment de la cristal·lització, la proporció de la concentració de l’isòtop radiogènic amb la no radiogènica del nuclidi infantil és independent de la concentració del nuclidi pare.

Amb el pas del temps, el nuclidi pare decau en el fill isòtop radiogènic, augmentant la proporció respecte a l'estable. Com més gran sigui la concentració inicial del nuclidi pare, major serà la del nuclidi radiogènic descendent en un moment determinat. Per tant, la proporció del nuclid fill radiogènic a l'estable tendirà a augmentar amb el pas del temps, mentre que la proporció del pare al nuclid fill radiogènic tendeix a disminuir.

En les roques que inicialment contenien una petita concentració del nuclidi pare, el canvi en la relació radiogènica / no radiogènica en el nuclidi infantil canvia molt més lentament que en aquelles on la concentració inicial era elevada.

Contractacions

Per obtenir una edat vàlida a partir d’un diagrama isòcró , és necessari que totes les mostres siguin cogenètiques , és a dir, que tinguin la mateixa composició isotòpica inicial en el moment t 0 , que les roques provinguin de la mateixa unitat geològica i que el sistema tingui va romandre tancat.

Diagrama isòcró

L'expressió matemàtica de la qual deriva la isocrona és la següent: [4] [5]

on és

t és l'edat de la mostra,
D * és el nombre d’àtoms del nuclidi radiogènic infantil,
D 0 és el nombre d’àtoms del nuclidi infantil de la mostra original,
n és el nombre d'àtoms del nuclidi pare de la mostra en l'actualitat,
λ és la constant de desintegració de l’ isòtop pare, igual a la inversa de la semivida de l’isòtop pare [6] multiplicada pel logaritme natural de 2,
( e λ t -1) és el pendent de la isocrona, que defineix l'edat del sistema.

En espectrometria de masses és més fàcil mesurar les relacions entre isòtops en lloc de les seves concentracions absolutes.

Per tant, una isocrona es defineix normalment per la següent equació, que normalitza la concentració de l’isòtop pare i la de l’isòtop infantil radiogènic a la de l’isòtop infantil no radiogènic, que se suposa que es manté constant:

on és:

és la concentració de l’isòtop infantil no radiogènic (suposada constant),
és la concentració actual de l’isòtop radiogènic infantil,
és la concentració inicial de l’isòtop radiogènic infantil,
és la concentració inicial de l’isòtop pare, que ha decaigut amb el pas del temps .

Mètode

Per dur a terme la mesura de l’edat, la mostra de roca es tritura fins obtenir una pols fina; els minerals es separen després amb sistemes físics i magnètics. Cada mineral té una relació diferent entre les concentracions de nuclids pares i fills.

La relació que uneix la relació entre nuclidi pare i fill ve donada per la següent equació:

(1)

on és:

és la concentració inicial de l’isòtop pare
és la quantitat total de l'isòtop pare que ha decaigut amb el pas del temps .

L'equació, amb una solució algebraicament simple, és útil en aquesta forma perquè mostra la relació entre les magnituds realment presents en el moment de la mesura. Pràcticament , I corresponen respectivament a la concentració d’isòtop mare, radiogènic i no radiogènic que es troba a la mostra en el moment de la mesura.

Relacions o bé (concentració relativa actual d’isòtops infantils radiògens i no radiògens) e o bé (concentració relativa de l’isòtop parent radiogènic i no radiogènic) mesurada per espectrometria de masses, es representen en un diagrama de tres isòtops conegut com a diagrama isòcró .

Si totes les dades estan disposades al llarg d’una línia recta, aquesta línia s’anomena isòcrona . El càlcul de l’edat és tant més fiable, com més a prop s’està aproximant a la línia recta.

Atès que la proporció entre els nuclids filla radiogènics i no radiogènics és proporcional a la proporció del pare a l’isòtop no radiogènic, el pendent de la corba es fa més fort amb el pas del temps. Suposant un pendent zero inicial (isòcrona horitzontal) al punt d’intersecció (intercepció) de l’isòcrona amb l’eix y, el canvi de pendent de les condicions inicials al pendent actual dóna l’edat de la roca.

El pendent de la isòcrona, o bé , representa la proporció de nuclids fill / pare com en altres mètodes de datació radiomètrica, i es pot utilitzar per calcular l'edat de la mostra en el moment t . La intersecció en y de la isocrona dóna la proporció inicial del nuclidi radiogènic, .

Datació completa d’una roca

La datació completa d’una roca segueix les mateixes pautes, però en lloc de centrar-se en els minerals individuals presents en una sola roca, utilitza diversos tipus de roques derivades d’una única font, és a dir, derivades del mateix fos magmàtic. D’aquesta manera és possible datar la diferenciació del fusor precursor en funció del refredament que el va portar a cristal·litzar en diferents tipus de roques.

Un dels millors sistemes d’isòtops per a la datació isòcrona és la datació de rubidi-estronci . Altres tècniques utilitzades per a la datació isòcrona inclouen isòtops de samari-neodimi i urani-plom .

Alguns sistemes d'isòtops basats en radionúclids extints de curta vida mitjana , com ara 53 Mn , 26 Al , 129 I , 60 Fe , s'utilitzen per datar esdeveniments que es remunten als primers sistemes solars. Tot i això, l’ús de radionúclids extingits produeix només edats relatives, que cal calibrar amb mètodes de datació radiomètrica basats en nuclids de llarga vida, com Pb-Pb, per proporcionar edats absolutes.

Aplicacions

La datació isòcrona s’utilitza per determinar l’edat de les roques ígnies , que deriven del seu origen pel refredament del magma fos.

També permet calcular l’època del metamorfisme, esdeveniments de xoc com l’impacte d’un asteroide o els que depenen de l’evolució del sistema isotòpic de la mostra objecte d’examen. També es pot utilitzar per determinar l'edat dels grànuls a les roques sedimentàries i per comprendre el seu origen mitjançant un mètode conegut com a estudi de procedència.

Nota

  1. Francis Albarède, 4.3 El mètode isocró, a Geoquímica: una introducció , Cambridge University Press, 2009, ISBN 978-1-107-26888-3 .
  2. Matt Young i Paul K. Strode, Per què l'evolució funciona (i el creacionisme falla) , New Brunswick, NJ, Rutgers University Press, 2009, pp. 151-153, ISBN 978-0-8135-4864-7 .
  3. Donald R. Prothero i Fred Schwab, Sedimentary geology: an introduction to sedimentary rocks and stratigraphy , 2nd, Nova York, Freeman, 2004, ISBN 978-0-7167-3905-0 .
  4. Gunter Faure, Principis i aplicacions de la geoquímica: un llibre de text complet per a estudiants de geologia , 2n, Englewood Cliffs, Nova Jersey, Prentice Hall, 1998, ISBN 978-0-02-336450-1 , OCLC 37783103 .
  5. WM White, Basics of Radioactive Isotope Geo Chemistry ( PDF ), su geo.cornell.edu , Universitat de Cornell , 2003.
  6. Geologic Time: Radiometric Time Scale , pubs.usgs.gov , United States Geological Survey , 16 de juny de 2001.

Enllaços externs