Relojes en las Rocas

El siguiente proceso de desintegración radiactiva, se ha mostrado particularmente útil en la datación radiactiva de los procesos geológicos:

Las isócronas de plomo son también importantes en los procesos de datación radiactiva.

Téngase en cuenta que el uranio-238 y uranio 235-dan lugar a dos de las series radiactivas naturales, pero el rubidio-87 y el potasio-40, no dan lugar a series. Cada uno de ellos para, dando un producto hijo, único, que es estable.

Isótopo padre
(radiactivo)
Isótopo hijo
(estable)
semi vida
(Gigaaños)
Constante de deca.
(10-11-1)
40K
40Ar*
1,25
5,81
87Rb
87Sr
48,8
1,42
147Sm
143Nd
106
0,654
176Lu
176Hf
35,9
1,93
187Re
187Os
43
1,612
232Th
208Pb
14
4,948
235U
207Pb
0,704
98,485
238U
206Pb
4,47
15,5125

Estos datos están extraídos de Dalrymple, The Age of the Earth

* Téngase en cuenta que 40K también decae en 40Ca, con una constante de decaimiento de 4,962 x 10-10años-1, pero ese decaimiento no se usa para datación. La semi vida es para el isótopo padre, y por tanto incluyen ambos decaimientos.

El resumen de Dalrymple de los isótopos es, que en la naturaleza se encuentran 339 isótopos de 84 elementos. De estos isótopos, 269 son estables y 70 son radiactivos. Dieciocho de los elementos radiactivos tienen semi vidas suficientemente largas, que han sobrevivido desde el comienzo del sistema solar. La tabla anterior incluye los principales isótopos utilizados para los estudios de datación.

Datación de MeteoritosRocas en la Luna
Modelación de la Edad de la Tierra
Radionucleidos Clasificados por Semi Vida
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Referencias

Dalrymple
 
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Datación Uranio-Plomo

Las edades determinadas por la desintegración radiactiva, siempre están sujetas a suposiciones acerca de las concentraciones originales de isótopos. La serie radiactiva natural que involucran al plomo como elemento hijo, sí ofrecen un mecanismo para poner a prueba las hipótesis. El plomo común contiene una mezcla de cuatro isótopos. El plomo 204, que no es producido por la desintegración radiactiva, proporciona una medida de lo que había de plomo "original". Se observa que en la mayoría de los minerales, las proporciones de los isótopos de plomo es casi constante, de modo que se puede usar el plomo-204, para proyectar las cantidades originales de plomo-206 y plomo-207. (El plomo-208 es el producto final estable de la serie del torio, por lo que no se usa en la datación uranio-plomo.) Los dos dataciones uranio-plomo, obtenidas del U-235 y de U-238, tienen diferentes semi vidas, por lo que si las fechas obtenidas en los dos decaimientos están de acuerdo, esto suma confianza a la fecha. Estas no son siempre las mismas, por lo que en estos procesos surgen algunas incertidumbres.

Hay poderosas razones para usar de los isótopos del plomo, como indicativos de las concentraciones en el momento en que el mineral que contiene el plomo, estaba en estado líquido. Dado que los isótopos del plomo son químicamente idénticos, cualquier proceso que contenga plomo en el mineral, será completamente indiscriminado sobre que isótopo lo llevaba. El mineral que se forme incorporará plomo-204, plomo-206 y plomo-207, en la proporción en la que se encontraba, en ese lugar y en ese momento de la formación. Cualquier desviación de las concentraciones originales relativas de plomo-206 y plomo-207, respecto del plomo-204, se puede atribuir a la desintegración radiactiva.

Haciendo uso de las constantes de desintegración de ambos 238U y 235U, además de la constancia en la relación isotópica de 238U/235U = 137,88, Holmes y Houtermans desarrollaron un sistema que utilizaban las proporciones de los isótopos de plomo, para producir las isócronas Pb-Pb para la datación de minerales. Este enfoque se considera generalmente como el más exacto para determinar la edad de la Tierra.

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Conceptos de Decaimiento Beta
 
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Método Potasio-Argón

La datación de potasio-argón tiene la ventaja de que el argón es un gas inerte que no reacciona químicamente, y no se espera que forme parte en la solidificación de una roca, por lo que cualquier presencia encontrada dentro de una roca, es muy probablemente el resultado de la desintegración radiactiva del potasio. Puesto que el argón se escapa si la roca se funde, los datos obtenidos corresponden a los de la última vez que estaba fundida la roca. La transición radiactiva que produce el argón es la captura de electrones.

Una cosa a tener en cuenta sobre la datación K/Ar es, que nunca va a dar una sobreestimación de la edad, por lo que es una buena herramienta para la determinación de las cotas inferiores.

Mas detalles sobre el método potasio-argón
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Isócronas Rubidio-Estroncio

El par de rubidio-estroncio se utiliza a menudo para la datación, y tiene un isótopo no radiogénico el estroncio-86, que puede ser utilizado como un control sobre las concentraciones originales de los isótopos. Este proceso se utiliza a menudo junto con la datación del potasio-argón, sobre las mismas rocas. Se pueden trazar las proporciones de rubidio-87 y estroncio-87 frente al estroncio-86, encontradas en diferentes partes de una muestra de roca, resultando un gráfico llamado una isócrona, que debería ser una línea recta. La pendiente de la línea da la edad medida. Las edades más viejas obtenidas por el método Rb/Sr, puede ser tomadas como un indicador de la edad de la Tierra.

El isótopo 87Rb decae en el estado fundamental del 87Sr, con una semi vida de 4,88 x 1010 años y una energía máxima β- de 272 keV.



Pasos del Método de Isócrona de Rubidio-Estroncio
Ejemplo de Datación de Meteorito
Isócrona Rb-Sr de Roca Lunar
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Rubidio-Estroncio

El método de datación de rubidio-estroncio, se usa a menudo en los estudios geológicos.

Esta es una isócrona de rubidio-estroncio para un conjunto de muestras de un cuerpo de granito precámbico expuesto cerca de Sudbury, Ontario. Los datos son de T. E. Krogh, et al., Carnegie Institute Washington Year Book, Vol 66, 1968, p. 530.

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Ejemplos de los Mas Antiguos Rb/Sr
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Edad de la Tierra

A la intrigante pregunta de "¿Cuántos años tiene la Tierra?" podemos por supuesto, proporcionar solo modelos y modelos, basados en la mejor información que podamos conseguir. Si bien existen numerosos procesos naturales que pueden servir como relojes, también hay muchos procesos naturales que pueden restablecer o mezclar estos procesos dependientes del tiempo e introducir incertidumbres. Para tratar de establecer un razonable límite en la edad, se podría suponer que la Tierra se formó al mismo tiempo que el resto del sistema solar. Si las pequeñas masas que se convierten en meteoritos son parte de ese sistema, entonces, una medida del tiempo de solidificación de esos meteoritos, da una estimación de la edad de la Tierra. La ilustración siguiente apunta a un escenario para el desarrollo de este tipo de estimación de edad.

En los siguientes comentarios se resumen algunos de los avances, en la búsqueda de muestras de rocas de la Tierra muy antiguas.

"Las rocas más antiguas de la tierra que han sido fechadas hasta el momento, incluyen granitos de 3,4 mil millones de años de edad en Barberton Mountain de Sudáfrica, granitos de 3,7 mil millones de años de edad del sudoeste de Groenlandia, ..." Levin, 1983.

Pero más tarde, en 1983: "Los geólogos que trabajan en las montañas del oeste de Australia, han descubierto granos de roca que tienen de 4,1 hasta 4,2 mil millones de años de edad, siendo con mucho el más antiguo que se ha encontrado en la Tierra". Esta datación se realizó en granos de circón, un mineral tan estable que pueda mantener su identidad a través de la actividad volcánica, de la erosión y de la sedimentación. Es un compuesto de zirconio, silicio y oxígeno, que en su forma incolora se utiliza para hacer gemas brillantes. Se han encontrado muestras de más de 3,5 mil millones de años en ocho o más sitios, entre ellos Wisconsin, Minnesota, Sudáfrica, Groenlandia y Labrador.

A partir de muestras de meteoritos se obtuvieron edades más avanzadas, en la zona de 4,5 mil millones de años. El gráfico de abajo sigue el tratamiento de Krane sobre estudios Rb-Sr de muestras de meteoritos de Wetherill, con el fin de mostrar la naturaleza del cálculo de la edad, por medio de las líneas isócronas.

Mostrar
Calcular

Si cuando se iniciara un proceso de datación, se tuviera el 100% de un elemento padre puro, entonces la datación radiactiva sería extremadamente fiable, ya que la semi vida radiactiva de un determinado isótopo, es absolutamente independiente de todas las fuerzas naturales, salvo las interacciones por colisión con los núcleos. Teniendo en cuenta la escala relativa de los núcleos y átomos, los núcleos están tan alejados del borde exterior de los átomos, que no hay factores ambientales que le afecten. Sin embargo, hay dos problemas obvios con la datación radiactiva para fines geológicos: 1) la incertidumbre acerca de la composición de la muestra original y 2) las posibles pérdidas de material durante el lapso de tiempo de la desintegración.

El método de datación rubidio/estroncio trata con estas dos dificultades, mediante el isótopo no radiactivo estroncio-86 como estándar de comparación. Las cantidades relativas de estroncio-87 y estroncio-86 se determinan con gran precisión, y el hecho de que los datos se ajusten a una línea recta, es un fuerte argumento de que no se perdió ninguno de los componentes de la mezcla durante el proceso de envejecimiento.

La edad de 4,5 mil millones de años de la Tierra, es consistente con los resultados de los procesos del potasio/argón y del uranio/plomo. También se obtienen resultados similares, a partir del estudio de los eventos de fisión espontánea del uranio-238 y el plutonio-244.

Una de las referencias estándares para el modelado de la edad de la Tierra es G. Brent Dalrymple, The Age of the Earth, Stanford University Press, 1991.

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Datación Radiactiva de Meteoritos
Una Breve Descripción del Tiempo
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Referencia
Krane
Sec 6.7
 
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Datación de Meteorito

"Los meteoritos, que muchos consideran que son los restos de un planeta que se interrumpió originalmente, y que fué formado casi al mismo tiempo que la Tierra, han proporcionado edades por uranio-plomo y por rubidio-estroncio de unos 4,6 mil millones de años. De estos datos, y de las estimaciones de cuanto tiempo se necesitaría para producir, las cantidades de los diversos isótopos de plomo que ahora se encuentran en la Tierra, los geológos creen que 4,6 mil millones de años para la edad de la Tierra, pueda ser aceptada con confianza". Levin.

Mayor Detalle sobre la Datación de Meteoritos
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Datación de Rocas Lunares

Las edades de las rocas lunares que trajeron a la Tierra las misiones Apolo, varían desde 3,3 a unos 4,6 mil millones de años. Las determinaciones de las edades más viejas, se derivan de las rocas recogidas en las tierras altas lunares, que pueden representar la corteza lunar original.

Relojes en las Rocas
Edad de la Luna
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Referencia
Dalrymple
Cap. 5
 
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Edad de la Luna

Nuestros mejores pistas sobre la edad de la Luna, son las fechas radiométricas de las rocas más antiguas de la Luna, las de las tierras altas lunares. Dalrymple informa que trece muestras de las tierras altas lunares, dieron las edades más antiguas. Estas fueron recogidas por el Apollo 15, 16, 17 y Luna 20. Los datos radiométricos varían desde 3,9 hasta 4,5 Gy. Si tomamos las edades mayores como la edad de la Luna, entonces podemos poner esa edad en alrededor de 4,5 Gy.

Una muestra de la clase de datos que conduce a tal proyecto de edad, es la isócrona rubidio-estroncio de la muestra lunar 72417, que produce un tiempo para la última fusión de 4,47 Gy. Esta isócrona se estudió con Dalrymple, y está acreditada a Papanastassiou y Wassenburg en 1975.

Datos de Papanastassiou, D. A. y Wasserburg, G. J., "Estudio Rb-Sr de una dunita lunar, y evidencia de la diferenciación temprana lunar", Actas de la Sexta Conferencia de Ciencia Lunar de 1975, pp 1467-1489.


Muestra lunar 72417

Esta muestra lunar se recogió en la misión lunar Apolo 17. El mineral constituyente más grande es el olivino, y la forma real se llama dunita


La muestra 72417, fué una de las cinco lascas de este peñasco de medio metro, encontrado en la estación 2 en la base de South Massif. La roca se describe como brecha metaclástica, y la ubicación específica de la muestra, se describió como parte de un clasto de dunita. La roca mostraba signos de deformación y aplastamiento por impactos, signo de algun tipo de fusión inducida por choque y posterior recristalización. Incluso con todas estas complicaciones, la isócrona Rb-Sr es una impresionante evidencia de que las muestras utilizadas para la isócrona, salió de la masa fundida al mismo tiempo aproximadamente.


Peñasco original de la muestra #72417

Muestra Lunar 72417

La muestra tiene unos 3cm de larga, asi pues, esta vista esta amplificada una 3 veces el tamaño real.

Referencias Online:
Entrada al catálogo de la muestra 72417
Muestra Lunar 72417
Wiki sobre Dunita

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Dalrymple
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