Isótopos de Pb• Intro a la geocronología de U-Pb, el método

U-Pb• Diferencias, pros y cons de ID-TIMS, LA-

ICPMS, SHRIMP• El método Pb-Pb, isotopía de Pb,

aplicaciones • Que hacemos en México (LUGIS y CGEO), y

que haremos. Ejemplos• Tarea (asignada hoy, a entregarse el

miércoles 25-4)

Intro a la geocronología de U-Pb• Basada en el decaimiento de U (Th) a Pb• Pb tiene 4 isótopos, 3 radiogénicos (206, 207, 208) y uno no

radiogénico (“Pb común”, 204)• Vida Media:

238U → 206Pb λ= 1.551 x 10-10 a-1 → t1/2= 4.47 Ga

decaimiento α & β

235U → 207Pb λ= 9.849 x 10-10 a-1 → t1/2= 707 Ma

decaimiento α & β

232Th → 208Pb λ= 0.49475 x 10-10 a-1 → t1/2= 14.01 Ga

decaimiento α & β

Ecuaciones

• De la ecuación básica del decaimiento:

Por cada serie de decaimiento puedo escribir:• 206PbP = 206Pbi + 238U (e238 t -1)• 207PbP = 207Pbi + 235U (e235 t -1)• 208PbP = 208Pbi + 232Th (e232 t -1)en donde P indica la abundancia ahora (presente), e i la

abundancia inicial de cada isótopo

)1(0 eD tnD

Consideramos un sistema (i.e., un granito) de edad t:

Dividimos por 204Pb, con el fin de tener relaciones isotópicas y no abundancias absolutas (las rel. isotópicas son las que medimos con un espectrómetro, ICP, etc.)

Obtendremos, para las dos cadenas de decaimiento de U:

1e

1e

t204

235

204

207

204

207

t204

238

204

206

204

206

235

238

PbU

PbPb

PbPb

PbU

PbPb

PbPb

iP

iP

En teoría, estos valores se podría usar para construir isócronas como para Rb-Sr

¿Cuales son las asumpciones que hay que hacer cuando hablamos de isócronas?

Tanto el Pb como el U no complen con dichos requerimientos, i.e. los dos no son inmóviles, aún en condiciones de intemperismo. Ejemplo: datos del Granite Mtns batholith, WY:

Línea de referencia,Edad verdadera del batolito

• La combinación de los dos esquemas de decaimiento de U a Pb permite que fechemos aún en condiciones de posibles pérdidas de U y/o Pb.

• Tres métodos:– El sistema U-Pb (e.g., zircones)– El sistema Pb-Pb (e.g., Pb común)– Las edades modelos de Pb, o de galena

Con el método de isocrona, sin embargo, han sido fechados con bastante éxito carbonatos, sólo si primarios.

El método de fechamiento por U-Pb

• Propiedades de un buen reloj isotópico– Contenido abundante del isótopo padre (e.g.

U)– No contener abundante isótopo hijo de

manera natural (i.e., casi no tener Pb “común”)

– Tener una estructura cristalina “fuerte” y poco sensible a disolución, alteración, etc.

• Si existe un mineral que incorpora U al momento de su cristalización y no incorpora Pb (i.e., no hay Pb “inicial”), la ecuación206PbP = 206Pbi + 238U (e238 t -1)

se puede simplificar eliminando el 206Pb inicial:206Pb* = 238U (e238 t -1)

Con 206Pb* equivalente al 206Pb radiogénicoPodemos así obtener, para 206Pb y 207Pb:

1

1

235

238

235

*207

238

*206

t

t

eUPb

eUPb

• Los minerales que han quedado como sistema cerrado dan valores concordantes de t, cuando se usan sus composiciones isotópicas en el lado izquierdo de la ecuación. Una vez graficados en un diagrama, los valores concordantes definen una curva denominada Concordia por Wetherhill (1956).

El zircón: el rey• Tiene alto contenido de U (generalmente, > 100 ppm)• Estructura cristalina compacta → Una vez cristalizado,

el U se queda adentro, y también el Pb* (*=radiogénico) tiene esta tendencia

• No contiene Pb inicial. Su relación 206Pb/204Pb es >= 1000. Con la cantidad de 204Pb se estima el contenido de Pb común

• Su TC para el sistema U-Pb ~800°C → Cristaliza en la mayoría de los mágmas → Podemos fechar edades de cristalización o de metamorfismo de alto grado

• Alta resistencia mecánica (dureza 7) y química (silicato muy resistente, se disuelve en una mezcla HF + HNO3 conc. Sólo a altas P y T)

Otros minerales• Titanita TC aprox 550-700°C, pero depende de

la facies metamórfica, composición de fluidos, etc. Incorpora mayor Pb común en la estructura 206Pb/204Pb es ~ 100-200

• Monazita TC aprox 700°C, muy buena para fechar eventos en metamorfismo

• Xenotima se usa para fechar diagénesis, TC aprox 400°C

• Rutilo en rocas metamórficas, TC aprox 450°C

• Badeleita, especialmente en rocas máficas cuales gabros. TC aprox 800°C

Como fechamos por ID-TIMS?• Pulverización muestra, concentración zircones

por medio de mesa vibredora, Frantz, MI.• Selección material bajo el binocular• Pesado• Pulido• Digestión• Spike (208Pb/235U, o 205Pb/235U)• Separación química• Corrida en el espectrómetro…

EDAD!!!Antes, se corrige para el eventual Pb común inicial, midiendo la relación isotópica de Pb en feldespatos coexistentes. O utilizando Stacey & Kramers 1975

Ventaja de U-Pb por ID-TIMSObtengo tres edades:206Pb/238U207Pb/235U207Pb/206Pb (relación entre los Pb’s radiogénicos)

(208Pb/232Th si se mide Th, casi nunca se hace!)

• Si mis dos relojes coinciden, mi edad es concordante

3500

2500

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 20 40 60 80

207Pb/235U

206 Pb/238 U

1500

500

4000

t : concordante1

CONCORDIA

DISCORD

IA

t : intercepta inferior, edad de la pérdida de Pb o metamorfismo

2

Edades discordantes• Aunque los zircones tienen una estructura

compacta, el Pb se puede remover • La movilidad del Pb se debe a su carga 2+ (en

lugar que el 4+ de U y Th) y a su más largo radio iónico

• Ocurre si el zircón tienen daños por radiación (metamictización). Si el zircón es prestino, no pierde Pb

• El Pb puede removilizarse por diffusión, fluidos (hidrotermalismo), metamorfismo.

• Importante: los diferentes isótopos de Pb no se fraccionan en un zircón, la pérdida de Pb ocurre a lo largo de una línea (discordia)

Discordias e interceptas • En general, la intercepta superior marca un

evento de cristalización, la intercepta inferior un evento de perturbación y/o metamorfismo (i.e., pérdida de Pb)

• Intercepta inferior válida solo si suportada por otras evidencias geológicas y/o geocronológica (e.g. Mezger & Krogstad, 1997, JMG 15)

• N.B.: la pérdida de Pb se evidencia, a veces, con edades de Pb-Pb por evaporación (Kober, 1987, CMB 96)

Infos adicionales• Zircones grandes pierden menos Pb que los chicos

(menor relación superficie/volumen)• Zircones con alto U se vuelven más metamícticos y

pierden más Pb que los de bajo U• Los zircones metamícticos incorporan impuridades

como Fe: zircones más ferromagnéticos son generalmente más discordantes

• Utilidad de separación magnética con Frantz• Si se remueve la parte externa del zircón (más

metamíctica, con más pérdida) por abrasión, se obtienen edades más concordantes (Krogh, 1982)

• Utilidad de abrasión de zircones

Edades heredadas• Mismo, pero al

revés: zircones que crecen alrededor de núcleos heredados

• Pueden ser discordantes, y en este caso la intercepta inferior es la edad de crecimiento, la superior es la edad del núcleo

400

360

320

280OC9805-5 stubby, abr, 30 grns

OC9805-3 broken piramids, abr

OC9805-2 byp, abr

OC9805-1 byp, clear, abr

0.040

0.044

0.048

0.052

0.056

0.060

0.064

0.25 0.35 0.45 0.55207Pb/235U

206 Pb/238 U

Intercepts at 274.4 +3.9/-4.7 Ma & 1312 +210/-240 Ma

MSWD = 2.1

data-point error ellipses are 2

Catodoluminiscencia• Herramienta muy

útil para investigar la morfología interna de los zircones.

• Distribución algunas REE en las diferentes zonas

• Evidencia la presencia de núcleos, sobrecrecimientos, etc.

Errores en ID-TIMS• Errores en la determinación de relaciones isotópicas

– 206Pb/207Pb: ± 0.1%– 206Pb/238U: ± 0.3%

• Errores en las constantes de decaimiento: – 235U = ±0.28% (2σ)– 238U = ±0.22% (2σ)

• Fraccionamiento isotópico• añade 0.1% a cada medición, i.e. 0.1% para 206/207 y

0.2% para 206/238• Corrección por Pb común: errores de ± .02 (2σ) • En resumen, para ID-TIMS: mejor precisión alcanzable

en edades 207Pb/206Pb es de ~5 Ma, mientras que las edades 206Pb/238U normalmente tienen un error de ± 0.5%.

Presentación alternativa: Tera-Wasserburg• Presentación

alternativa que reduce la correláción de error entre X y Y (en la concordia tradicional los dos están fuertemente correlados, y dependientes de las costantes de decaimiento de 238U y 235U)