Relojes en las Rocas

El siguiente proceso de desintegraci�n radiactiva, se ha mostrado particularmente �til en la dataci�n radiactiva de los procesos geol�gicos:

Las is�cronas de plomo son tambi�n importantes en los procesos de dataci�n radiactiva.

T�ngase 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, �nico, que es estable.

* T�ngase en cuenta que ⁴⁰K tambi�n decae en ⁴⁰Ca, con una constante de decaimiento de 4,962 x 10^-10a�os^-1, pero ese decaimiento no se usa para dataci�n. La semi vida es para el is�topo padre, y por tanto incluyen ambos decaimientos.

El resumen de Dalrymple de los is�topos es, que en la naturaleza se encuentran 339 is�topos de 84 elementos. De estos is�topos, 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 is�topos utilizados para los estudios de dataci�n.

Dataci�n Uranio-Plomo

Las edades determinadas por la desintegraci�n radiactiva, siempre est�n sujetas a suposiciones acerca de las concentraciones originales de is�topos. La serie radiactiva natural que involucran al plomo como elemento hijo, s� ofrecen un mecanismo para poner a prueba las hip�tesis. El plomo com�n contiene una mezcla de cuatro is�topos. El plomo 204, que no es producido por la desintegraci�n radiactiva, proporciona una medida de lo que hab�a de plomo "original". Se observa que en la mayor�a de los minerales, las proporciones de los is�topos 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 dataci�n 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 est�n 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 is�topos del plomo, como indicativos de las concentraciones en el momento en que el mineral que contiene el plomo, estaba en estado l�quido. Dado que los is�topos del plomo son qu�micamente id�nticos, cualquier proceso que contenga plomo en el mineral, ser� completamente indiscriminado sobre que is�topo lo llevaba. El mineral que se forme incorporar� plomo-204, plomo-206 y plomo-207, en la proporci�n en la que se encontraba, en ese lugar y en ese momento de la formaci�n. Cualquier desviaci�n de las concentraciones originales relativas de plomo-206 y plomo-207, respecto del plomo-204, se puede atribuir a la desintegraci�n radiactiva.

Haciendo uso de las constantes de desintegraci�n de ambos ²³⁸U y ²³⁵U, adem�s de la constancia en la relaci�n isot�pica de ²³⁸U/²³⁵U = 137,88, Holmes y Houtermans desarrollaron un sistema que utilizaban las proporciones de los is�topos de plomo, para producir las is�cronas Pb-Pb para la dataci�n de minerales. Este enfoque se considera generalmente como el m�s exacto para determinar la edad de la Tierra.

En el Gran Ca��n se ha usado la dataci�n Uranio-Plomo para fechar capas de formaciones profundas a las que se le ha dado el nombre de Supergrupo del Gran Ca��n. En un conjunto de capas llamado el Grupo Unkar hay una capa inferior llamada la Formaci�n Bass que tiene una capa de ceniza volc�nica en su base. Esta capa ha sido datada en 1255 +/-2 millones de a�os por el m�todo de Uranio-Plomo.

M�todo Potasio-Arg�n

La dataci�n de potasio-arg�n tiene la ventaja de que el arg�n es un gas inerte que no reacciona qu�micamente, y no se espera que forme parte en la solidificaci�n de una roca, por lo que cualquier presencia encontrada dentro de una roca, es muy probablemente el resultado de la desintegraci�n radiactiva del potasio. Puesto que el arg�n se escapa si la roca se funde, los datos obtenidos corresponden a los de la �ltima vez que estaba fundida la roca. La transici�n radiactiva que produce el arg�n es la captura de electrones.

Una cosa a tener en cuenta sobre la dataci�n K/Ar es, que nunca va a dar una sobreestimaci�n de la edad, por lo que es una buena herramienta para la determinaci�n de las cotas inferiores.

Is�cronas Rubidio-Estroncio

El par de rubidio-estroncio se utiliza a menudo para la dataci�n, y tiene un is�topo no radiog�nico el estroncio-86, que puede ser utilizado como un control sobre las concentraciones originales de los is�topos. Este proceso se utiliza a menudo junto con la dataci�n del potasio-arg�n, 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 gr�fico llamado una is�crona, que deber�a ser una l�nea recta. La pendiente de la l�nea da la edad medida. Las edades m�s viejas obtenidas por el m�todo Rb/Sr, puede ser tomadas como un indicador de la edad de la Tierra.

El is�topo ⁸⁷Rb decae en el estado fundamental del ⁸⁷Sr, con una semi vida de 4,88 x 10¹⁰ a�os y una energ�a m�xima β^- de 272 keV.

Rubidio-Estroncio

El m�todo de dataci�n de rubidio-estroncio, se usa a menudo en los estudios geol�gicos.

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

Edad de la Tierra

A la intrigante pregunta de "�Cu�ntos a�os tiene la Tierra?" podemos por supuesto, proporcionar solo modelos y modelos, basados en la mejor informaci�n que podamos conseguir. Si bien existen numerosos procesos naturales que pueden servir como relojes, tambi�n hay muchos procesos naturales que pueden restablecer o mezclar estos procesos dependientes del tiempo e introducir incertidumbres. Para tratar de establecer un razonable l�mite en la edad, se podr�a suponer que la Tierra se form� al mismo tiempo que el resto del sistema solar. Si las peque�as masas que se convierten en meteoritos son parte de ese sistema, entonces, una medida del tiempo de solidificaci�n de esos meteoritos, da una estimaci�n de la edad de la Tierra. La ilustraci�n siguiente apunta a un escenario para el desarrollo de este tipo de estimaci�n de edad.

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

"Las rocas m�s antiguas de la tierra que han sido fechadas hasta el momento, incluyen granitos de 3,4 mil millones de a�os de edad en Barberton Mountain de Sud�frica, granitos de 3,7 mil millones de a�os de edad del sudoeste de Groenlandia, ..." Levin, 1983.

Pero m�s tarde, en 1983: "Los ge�logos que trabajan en las monta�as del oeste de Australia, han descubierto granos de roca que tienen de 4,1 hasta 4,2 mil millones de a�os de edad, siendo con mucho el m�s antiguo que se ha encontrado en la Tierra". Esta dataci�n se realiz� en granos de circ�n, un mineral tan estable que pueda mantener su identidad a trav�s de la actividad volc�nica, de la erosi�n y de la sedimentaci�n. Es un compuesto de zirconio, silicio y ox�geno, que en su forma incolora se utiliza para hacer gemas brillantes. Se han encontrado muestras de m�s de 3,5 mil millones de a�os en ocho o m�s sitios, entre ellos Wisconsin, Minnesota, Sud�frica, Groenlandia y Labrador.

A partir de muestras de meteoritos se obtuvieron edades m�s avanzadas, en la zona de 4,5 mil millones de a�os. El gr�fico 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 c�lculo de la edad, por medio de las l�neas is�cronas.

Mostrar Calcular

Si cuando se iniciara un proceso de dataci�n, se tuviera el 100% de un elemento padre puro, entonces la dataci�n radiactiva ser�a extremadamente fiable, ya que la semi vida radiactiva de un determinado is�topo, es absolutamente independiente de todas las fuerzas naturales, salvo las interacciones por colisi�n con los n�cleos. Teniendo en cuenta la escala relativa de los n�cleos y �tomos, los n�cleos est�n tan alejados del borde exterior de los �tomos, que no hay factores ambientales que le afecten. Sin embargo, hay dos problemas obvios con la dataci�n radiactiva para fines geol�gicos: 1) la incertidumbre acerca de la composici�n de la muestra original y 2) las posibles p�rdidas de material durante el lapso de tiempo de la desintegraci�n.

El m�todo de dataci�n rubidio/estroncio trata con estas dos dificultades, mediante el is�topo no radiactivo estroncio-86 como est�ndar de comparaci�n. Las cantidades relativas de estroncio-87 y estroncio-86 se determinan con gran precisi�n, y el hecho de que los datos se ajusten a una l�nea recta, es un fuerte argumento de que no se perdi� ninguno de los componentes de la mezcla durante el proceso de envejecimiento.

La edad de 4,5 mil millones de a�os de la Tierra, es consistente con los resultados de los procesos del potasio/arg�n y del uranio/plomo. Tambi�n se obtienen resultados similares, a partir del estudio de los eventos de fisi�n espont�nea del uranio-238 y el plutonio-244.

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

Dataci�n de Meteorito

"Los meteoritos, que muchos consideran que son los restos de un planeta que se interrumpi� originalmente, y que fu� 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 a�os. De estos datos, y de las estimaciones de cuanto tiempo se necesitar�a para producir, las cantidades de los diversos is�topos de plomo que ahora se encuentran en la Tierra, los geol�gos creen que 4,6 mil millones de a�os para la edad de la Tierra, pueda ser aceptada con confianza". Levin.

Dataci�n de Rocas Lunares

Las edades de las rocas lunares que trajeron a la Tierra las misiones Apolo, var�an desde 3,3 a unos 4,6 mil millones de a�os. Las determinaciones de las edades m�s viejas, se derivan de las rocas recogidas en las tierras altas lunares, que pueden representar la corteza lunar original.

Edad de la Luna

Nuestros mejores pistas sobre la edad de la Luna, son las fechas radiom�tricas de las rocas m�s antiguas de la Luna, las de las tierras altas lunares. Dalrymple informa que trece muestras de las tierras altas lunares, dieron las edades m�s antiguas. Estas fueron recogidas por el Apollo 15, 16, 17 y Luna 20. Los datos radiom�tricos var�an 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 is�crona rubidio-estroncio de la muestra lunar 72417, que produce un tiempo para la �ltima fusi�n de 4,47 Gy. Esta is�crona se estudi� con Dalrymple, y est� acreditada a Papanastassiou y Wassenburg en 1975.

Muestra lunar 72417

Esta muestra lunar se recogi� en la misi�n lunar Apolo 17. El mineral constituyente m�s grande es el olivino, y la forma real se llama dunita

La muestra 72417, fu� una de las cinco lascas de este pe�asco de medio metro, encontrado en la estaci�n 2 en la base de South Massif. La roca se describe como brecha metacl�stica, y la ubicaci�n espec�fica de la muestra, se describi� como parte de un clasto de dunita. La roca mostraba signos de deformaci�n y aplastamiento por impactos, signo de algun tipo de fusi�n inducida por choque y posterior recristalizaci�n. Incluso con todas estas complicaciones, la is�crona Rb-Sr es una impresionante evidencia de que las muestras utilizadas para la is�crona, sali� de la masa fundida al mismo tiempo aproximadamente.

Pe�asco 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 tama�o real.

Referencias Online:
Entrada al cat�logo de la muestra 72417
Muestra Lunar 72417
Wiki sobre Dunita