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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. - PowerPoint PPT Presentation
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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/geology/classes/GEO656.HTML
GEOQUÍMICA ISOTÓPICA
GEOQUÍMICA ISOTÓPICATiene 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
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.
HISTORIA DE LA GEOQUÍMICA ISOTÓPICA (GEOCRONOLOGÍA)
1898: Marie Curie: Descubre el Th, Po, Ra.
1899: Rutherford: Investiga estas sustancias radiactivas y encuentra que están compuestas de partículas (= 4He), (positivos y negativos) y (similares a Rayos-X).
1900: Soddy y Rutherford estudian el Th y sus componentes, además encuentran la tasa de desintegración (ACTIVIDAD):
–dN/ dt = N (= 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+).
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 unproceso exotérmico. Afecta tasas de calor en la tierra > 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.
LOS ELEMENTOS QUÍMICOS ESTÁN FORMADOS DE ÁTOMOS CON:
Protones (+)
Neutrones (+/-)
Electrones (-)
En donde:
N= # de neutrones
Z= # protones (# atómico)
A= masa atómica (suma de N+Z; # masa)
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!!
Tipos de Núclidos
10
21
Z
N+Z
Z
A
Ejemplo de notación para un isótopo de neón:
Ne = X = X
ISÓTOPOS
ISÓTONOS
ISÓBAROS
Número de neutrones (N)
Núm
ero
de p
roto
nes
(Z)
Abundancia de los elementos:
H y He > mas abundantes Li y Be > extremadamente bajaFe > muy abundantePb > mas alto de lo esperadoU > elemento poco abundanteZ=84-89 > baja, productos del decaí-(Po-Ac) miento de U y Th
Efecto Oddo-Harkins
Tabla de núclidos
# Z y/o N mágicos: 2, 8, 10, 20, 28, 50, 82, 126
- 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 161non par non 55non non par 50par non non 4
total 270
Abundancia de los isótopos de estaño (Z = 50)
Decaimiento radiactivo
El núcleo de átomos inestables se transforma espontánea-mente a una configuración mas estable con la emisión de partículas ( ) y energía de irradiación > fenómeno de la radiactividad.
Tipos de decaimiento:
-Beta Negativo ( -, Negatrón)-Beta Positivo (Positrón)-Captura de electrones-Alfa-Fisión espontánea
Decaimiento radiactivo - Vida Media
T1/2 = ln2/
Geyh & Schleicher (1990)
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 Abundancia35Cl 34.96885 x 0.7577 = 26.495837Cl 36.96590 x 0.2423 = 8.9568
Peso atómico = 35.4526 amu amu = atomic mass units
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 -. Además del electrón, se emite también un antineutrino mas energía.
Z+1; N-11n 1p+1e-++Q
14C 14N)
!
Productos siempre isóbaros!!
Núcleos con exceso de neutrones (p.ej. 87Rb 87Sr
Decaimiento Beta Positivo (Positrón)
Z-1; N+11p 1n+1e+++Q
Un protón es convertido en un neutrón más un positrón (cargado positiva-mente). El positrón es emitido del núcleo más un neutrino.
Productos siempre isóbaros!!
Núcleos con déficit de neutrones (p.ej. 18F 18O22Na 22Ne)
Captura de electrones
Z-1; N+11p+1e- n++Q
Mecanismo alternativo al decaimiento Beta Positivo:Un núcleo disminuye su número de protones y aumenta su númerode neutrones por medio de la captura de uno de sus electronesextranucleares (capa K con preferencia, pero también L y M).El electrón capturado se reúne con un protón + emisión de un neutrino + energía (rayos x).
p. ej. 40K 40Ar
(rayos X)
Productos siempre isóbaros!!
Ejemplos de decaimientos tipo Beta
Decaimientoramificado
Un isótopo inestablepuede decaer a través de diferentesmecanismos isobá-ricos.P. ej. el decaimientodel 40K por , +,y captura de elec-trones.
Decaimiento ramificado
Decaimiento Alfa
Z-2; N-2; A-4
El decaimiento alfa occure en núclidos pesados (Z>58(Ce)) por medio de laemisión 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!!
Series de decaimiento del 238U
245 ka
80 ka
4.5 Ga
1600 a
3.8 d22.3 a
Fisión espontánea
Ocurre en núcleos pesados. Se generan dos núcleos asimétricos condiferentes 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.
También artificial!!
Fisión artificialU 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 losproductos de fisión del 235U.
Autoradiografía de hongosde Alemania después delaccidente de Chernobyl en1986 (exposición: 84 días).
137Cs
Trazas por fisión en un zircón con una edad de 300 Ma.
137Cs
RadiaciónRadiación Ionizante Ionizante
Beta (-)
Alfa (+)++
-
Gama
Poder de penetración (energía)
Papel
Acrílico
Plomo
Ionización
0.1 mm
1 mm
100-300 mm
137Cs
Actividad (A) Dosis Absorbida (D) Dosis Equivalente (H)
(Becquerel(Becquerel Bq Bq)) Numero de Numero de desintegraciones por segundodesintegraciones por segundo3.7x103.7x1010 10 BqBq = 1 curie = 1 curie
9090Sr (Sr () actividad = 0.10 Ci) actividad = 0.10 Ci(0.10 Ci) (3.7x10(0.10 Ci) (3.7x1010 10 BqBq ))actividad = 3 700 000 000 Bqactividad = 3 700 000 000 Bq
Medición de la Radiación
(Gray (Gray GyGy)) Dosis de Energía Dosis de Energía antes antes radrad..
(Sievert (Sievert SvSv) = 1J/) = 1J/kgkg Factor de ponderación Factor de ponderación dependiente del tipo de dependiente del tipo de radiación, antes radiación, antes remrem..Efectos biológicosEfectos biológicosH = D • QH = D • Q
GamaAlfa
Unidades radiométricas
externa interna totalRadiación cósmica 300 - 300núcl. cosmogénicos - 15 15radionucl. primordiales:40K 120 180 300Serie del 238U:238U-226Ra 30222Ra-214Po 90 1100 1350210Pb-210Po 130Serie del 232 Th 140 240 380total 650 1700 2400
Exposición anual en Sv
Permitido (Alemania) : 2.4 mSv/a