ISOTOPOS

Desentrañando el Pasado con Isótopos

Adéntrate en el fascinante universo de los isótopos, las variantes atómicas que actúan como cronistas silenciosos de nuestro planeta. Descubre cómo los isótopos radiactivos, mediante su decaimiento radiactivo, son herramientas fundamentales en geocronología y termocronometría, permitiéndonos datar eventos geológicos clave con métodos como K-Ar, U-Pb, Re-Os, Rb-Sr, Nd-Sm y Lu-Hf. Explora el papel crucial de las razones isotópicas (ej. 87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd) en la petrología, revelando el origen y la evolución de las rocas.

Isótopos Estables: Trazadores Ambientales

Sumérgete en el intrigante mundo de los isótopos estables y su fraccionamiento natural, un proceso que desvela las fuentes de elementos y fluidos, la temperatura de formación, las interacciones entre fluidos y rocas, e incluso la acción biológica. Aprende cómo el espectrómetro de masas, un instrumento de alta precisión, analiza las razones isotópicas, requiriendo un trazador isotópico (spike) para cuantificar elementos.

Mineralización hidrotermal

Los isótopos estables de oxígeno, hidrógeno, azufre y carbono son esenciales en la investigación de la mineralización hidrotermal, aunque su interpretación requiere un enfoque multidisciplinario. El fraccionamiento isotópico, más marcado en elementos ligeros, se basa en las sutiles diferencias de masa entre isótopos, y las razones isotópicas se expresan mediante la notación delta (δ) respecto a un estándar como el SMOW.

Contenido Detallado:

Qué son los ISÓTOPOS

¿Qué son los ISÓTOPOS?:
- Isótopos Radioactivos:
  - Experimentan decaimiento radiactivo.
  - Son radiogénicos.
  - Uso en geocronología y termocronometría (Ejemplos: K-Ar, U-Pb, Re-Os, Rb-Sr, Nd-Sm, Lu-Hf).
  - Aplicaciones en Petrología a través de razones isotópicas (Ejemplos: 87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd, 187Os/190Os, 176Hf/177Hf).
- Isótopos Estables:
  - Sufren fraccionamiento en la naturaleza.
  - Las razones isotópicas proporcionan información sobre:
    - Fuente de elementos y fluidos.
    - Temperatura.
    - Interacción entre fluidos y rocas.
    - Acción biológica.

Herramienta de Precisión Isotópica

El ESPECTRÓMETRO DE MASAS: Herramienta de Precisión Isotópica:
- Instrumento que detecta distintas masas de elementos de una muestra vaporizada.
- Muy preciso para medir razones isotópicas.
- Menos preciso para medir cantidades absolutas.
- Para medir cantidades absolutas se requiere un trazador isotópico (spike) de composición y cantidad conocidas.
Aplicaciones de los ISÓTOPOS ESTABLES en Geología:
- Investigación de mineralización hidrotermal:
  - Fuentes de los fluidos.
  - Temperatura de depositación de mineral.
  - Fuentes del S y C y por extrapolación de los metales.
  - Interacciones entre agua y rocas.
- Advertencia: No entregan una respuesta inequívoca por sí mismos y deben usarse con otros datos geológicos, mineralógicos, petrológicos y geoquímicos.
- Los más usados son los de oxígeno, hidrógeno, azufre y carbono.
- Cada uno tiene 2 o más isótopos estables, siendo el más liviano el más abundante (Ej. 1H, 12C, 16O y 32S).
- Estudio reciente de isótopos estables de Cu, Fe y Zn.

FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO

FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO: La Clave de la Variabilidad:
- La composición isotópica de elementos con número atómico bajo es variable debido al fraccionamiento por procesos químicos y físicos.
- Se debe a pequeñas variaciones en las propiedades químicas y físicas de los isótopos.
- Es proporcional a la diferencia de sus masas.
- Detectado hasta la masa 40 (K y Ca), pero se estudian isótopos más pesados con espectrómetros mejorados.
- El de H, C, N, O y S es consecuencia de las propiedades termodinámicas de las moléculas que dependen de la masa de los átomos, en particular de las vibraciones moleculares.
- La reacción de intercambio isotópico es función de la diferencia de masas (Ej. 18O se fracciona más que 17O respecto a 16O).
- Las razones isotópicas se miden entre el isótopo más pesado y el más liviano (excepto en el azufre, donde se usa 34S por abundancia).
MEDICIÓN Y NOTACIÓN DELTA (δ):
- La medición se realiza respecto a un estándar y se representa como delta (δ) en partes por mil (‰).
- Ejemplos: δ18O‰ y δD‰ (2H/1H), donde el estándar SMOW (“standard mean ocean water”) es el valor medio del agua marina.
- Fórmula: δRmuestra = ((Rmuestra / Rstandard) – 1) × 1000.
- Valores positivos de δ indican enriquecimiento en el isótopo pesado.
- Valores negativos de δ indican depleción en el isótopo pesado (enriquecimiento en el liviano).

PROCESOS QUE CAUSAN FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO

PROCESOS QUE CAUSAN FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO:
- Procesos Físicos:
  - Evaporación: Concentra isótopos livianos en la fase gaseosa y pesados en la líquida/sólida (importante para O y H). La evaporación de agua de mar enriquece la atmósfera en 1H y 16O.
  - Difusión: Los isótopos livianos se difunden más rápido, pero no es un mecanismo importante.
- Procesos Orgánicos (Azufre):
  - Reducción Bacterial: Las bacterias reductoras de sulfatos prefieren romper enlaces con 32S, enriqueciendo la fase sulfuro en 32S relativo al 34S del sulfato remanente. En general, los procesos orgánicos enriquecen los materiales en el isótopo liviano.
- Procesos Inorgánicos:
  - Temperatura: A mayor temperatura, los átomos vibran más rápido, y los isótopos livianos (con enlaces más débiles) tienen menor probabilidad de ser incorporados en un mineral en cristalización. Los minerales formados temprano estarán enriquecidos en isótopos pesados respecto a los tardíos. Ejemplo: la secuencia pirita-blenda-calcopirita-galena muestra un progresivo enriquecimiento en 32S.

FUENTE DE AGUAS HIDROTERMALES

HIDROLOGÍA ISOTÓPICA (O e H) Y FUENTE DE AGUAS HIDROTERMALES:
- La abundancia relativa de 1H, 2H (D), 16O y 18O en el H2O se usa para inferir la fuente del agua en procesos hidrotermales.
- Las aguas meteóricas definen una línea isotópica dependiente de la latitud y altitud. Los valores más altos de 18O y 2H se encuentran cerca de la costa, disminuyendo hacia el interior. El enriquecimiento hacia el ecuador depende de la evaporación.
- El agua de mar tiene una composición isotópica relativamente homogénea (estándar SMOW).
- Las aguas magmáticas y metamórficas definen rangos de composición isotópica característicos.
- La interpretación puede ser compleja por reacciones agua-roca incompletas y mezcla de aguas.
- El yacimiento El Salvador muestra participación de agua magmática, luego mezcla con agua meteórica, incrementándose esta última más tardíamente.
GEOTERMOMETRÍA CON ISÓTOPOS DE OXÍGENO (18O/16O):
- El fraccionamiento isotópico del sistema cuarzo-agua depende de la temperatura y puede usarse como geotermómetro.
- Requiere conocimiento experimental del intercambio isotópico, formación simultánea en equilibrio isotópico y preservación del equilibrio.
- La interpretación se complica si estas condiciones no se cumplen.

ISÓTOPOS DE AZUFRE Y CONDICIONES FISICOQUÍMICAS

ISÓTOPOS DE AZUFRE Y CONDICIONES FISICOQUÍMICAS:
- La composición isotópica del S en minerales hidrotermales está controlada por fO2, pH, temperatura y composición isotópica del fluido.
- Ejemplo: A 250ºC, el aumento de 1 unidad logarítmica de fO2 puede causar un descenso de δ34S en 20‰.
- Combinado con datos geológicos y mineralógicos, puede definir parámetros como T, fO2, fS2 y el origen del S.
- La interpretación no es simple.
- En El Salvador, los isótopos de S sugieren un origen magmático.
ISÓTOPOS DE PLOMO (Pb) Y DATACIÓN:
- Se usa el 204Pb como isótopo de referencia (no radiogénico ni radiactivo) para normalizar las abundancias de 207Pb, 206Pb y 208Pb.
- Las ecuaciones de decaimiento radiactivo permiten calcular el tiempo transcurrido.

Autor y Fecha de Publicación:

Profesor: Dr. Victor Maksaev
Semestre de Primavera: 2007

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