EL MÉTODO Sm-Nd

1. EL MÉTODO Sm-Nd

2. Sm-Nd Nd (Z=60) Sm (Z=62) Son elementos del grupo IIIB de la tabla periódica de los elementos. Neodimio y Samario pertenecen a las tierras raras medias (MREE). Radio iónico: Nd3+: 1.08°A Sm3+: 1.04°A

3. Tabla periódica de los elementos. En rojo se observan los elementos Nd y Sm, en gris el resto de las tierras raras (REE). (White, 2003).

6. La abundancia de Nd en el sistema solar es de 8.36x10-1 átomos de Nd por 106 átomos de Si. La abundancia de Sm es 2.61x10-1 átomos de Nd por 106 átomos de Si. La relación de Sm a Nd en rocas terrestres y minerales varía solamente de 0.1 a 0.5 debido a que la similitud en sus propiedades geoquímicas inhibe la separación más extensa de Nd del Sm por procesos geológicos.

7. Las concentraciones de Sm y Nd en los minerales silicatados formadores de rocas aumentan en la secuencia; en la cual, éstos cristalizan a partir del magma de acuerdo a la serie de reacción de Bowen.

8. Este incremento se visualiza en la serie que consiste de olivino, piroxeno (augita), anfíbol, y biotita. En los feldespatos varía de plagioclasa a feldespato de potasio. Los fosfatos apatito y monacita tienen las concentraciones más altas de Sm y Nd.

9. La proporción Sm/Nd de la mayoría de los minerales varía de 0.37 (piroxeno) a 0.15 (feldespatos de K). Granate tiene una relación Sm/Nd alta (0.54) y (a veces) bajas concentraciones de Sm y Nd. Granate y piroxeno son minerales que se utilizan con preferencia para fechamientos con el método Sm-Nd.

10. La concentración de Sm y Nd en las rocas ígneas aumenta con el incremento del grado de diferenciación

11. Las rocas típicas corticales tienen proporciones Sm/Nd menores que las rocas derivadas del manto superior, tales como las toleitas.

12. Cuando los líquidos silicatados se forman por fusión parcial de las rocas en el manto o en la corteza de la tierra, la fase líquida es enriquecida en Nd respecto a Sm (Nd > Sm: Sm/Nd = baja). La razón es que Nd3+ tiene un radio iónico poco más grande que Sm3+ lo que le da un potencial iónico (carga/radio) más bajo que Sm3+. Por lo tanto, forma enlaces iónicos más débiles que se rompen más fácil que los de Sm.

13. Concentraciones de Sm y Nd en rocas y minerales

14. Concentraciones de Sm-Nd en rocas y minerales más importantes.

15. 87Rb 143Nd 87Sr/86Sr > 0.7045 143Nd/144Nd <0.512638 Corteza 147Sm 87Sr 87Sr/86Sr < 0.7045 143Nd/144Nd >0.512638 Manto Radio iónico grande prefiere la corteza Radio iónico pequeño prefiere el manto

16. Isótopos de Sm y Nd Sm 20 isótopos inestables 7 isótopos estables Nd 19 isótopos inestables 7 isótopos estables

17. Isótopos de Samario 147Sm (radiactivo) Masas más grandes tienen mayor abundancia e isótopos nones no se presentan Nones son más abundantes que los pares (excepción a la regla!)

18. Isótopos de Neodimio Isótopos pares son más abundantes que los nones 143Nd (radiogénico) Masas menores tienen mayor abundancia

19. Decaimiento(s) a 147Sm 143Nd t1/2= 1.06x1011 a ±0.01 l= 6.54x10-12 a-1 148Sm 144Nd t1/2= 7x1015 a 149Sm 145Nd t1/2= 1x1016 a a a

20. a 144Nd 140Ce t1/2= 2.1x1015a La abundancia del 144Nd disminuyó en 4.5 Ga solamente 0.00015% 150Gd 146Sm 142Nd 1.8 x 106 a 1 x 108 a inestable inestable

21. Variación de la vida media de 147Sm a través del año de publicación

22. El decaimiento de 147Sm y el aumento de 143Nd radiogénico se describe por la siguiente ecuación: ( ) ( ) elt 143Nd 143Nd 147Sm + - 1 = 144Nd 144Nd 144Nd i

23. Ecuación de la edad para el método Sm-Nd ) ( 143Nd 143Nd - i med. 144Nd 1 144Nd t = + 1 ln l 147Sm med. 144Nd Para trazadores se utilizan: 149Sm c/90% de pureza 145Nd c/92% de pureza l = 6.54x10-12 a-1 t 1/2 = 1.06x1011 a-1

24. * ) ( e lt 147Sm 143Nd 143Nd - = - 1 144Nd 144Nd 144Nd inic. med. Relación isótopica inicial de 143Nd/144Nd * Calculado a partir de la concentración y abundancias.

25. EJEMPLOS La petrogénesis de rocas volcánicas pertenecientes a los cinturones verdes es importante ya que: Representan la fuente primaria de lavas máficas de edad Arqueana. El origen de las lavas ultramáficas, llamadas komatitas, las cuales ocurren en cinturones verdes es importante porque son magmas de alta temperatura, y su existencia en terrenos Arqueanos ha dado lugar a la hipótesis de que la temperatura del manto superior en el periodo Arqueano fue considerablemente más alta que la del manto moderno.

26. APLICACIONES: Rocas máficas y sus minerales Rocas más antiguas que 500-600 Ma. El Sm-Nd es más estable que Rb-Sr en el caso de metamorfismo Rocas lunares y condritas

27. Edades de metamorfismo de alto grado en anfibolitas hasta facies granulíticas. Fechamientos de granate, hornblenda, piroxeno, plagioclasa, ilmenita y apatito. Basaltos, komatiítas, anortositas, peridotitas, andesitas, dioritas y monzonitas.

28. Sm-Nd es aplicable a rocas máficas y ultramáficas, mientras que Rb-Sr es más aplicable a rocas félsicas e intermedias. Las REE son menos móviles que los metales alcalinos y los alcalino-térreos durante el metamorfismo regional, alteración hidrotermal e intemperismo químico. Las rocas pueden ser fechadas confiablemente por Sm-Nd a pesar de que puedan haber ganado o perdido Rb y Sr.

29. 87Rb 143Nd 87Sr/86Sr > 0.7045 143Nd/144Nd <0.512638 Corteza 147Sm 87Sr 87Sr/86Sr < 0.7045 143Nd/144Nd >0.512638 Manto Radio iónico grande prefiere la corteza Radio iónico pequeño prefiere el manto

30. Basaltos de Rhodesia Aplicación en rocas antiguas Isocrona de roca total afectada por metamorfismo de baja temperatura. No era posible fechar con Rb-Sr debido a que durante el metamorfismo hubo una redistribución de Rb y Sr.

31. Gabro de la intrusión de Stillwater, Montana. Fechamiento de minerales Opx, Cpx, Plg, y roca total. Roca total: suma de todos los minerales. Edad: 2,701± 8 Ma 143Nd/144Ndi: 0.508248 ± 12. Se obtuvo la edad de la intrusión. Rb-Sr: 2, 200 Ma (De Paolo).

32. Comparación de edades obtenidas en la misma roca o formación por diferentes métodos.

33. APLICACIONES EN MEXICO XENOLITOS DEL MANTO EN SLP (PERIDOTITAS). XENOLITOS DE LA BASE DE LA CORTEZA EN SLP (GRANULITAS).

34. Schaaf et al., Chem.Geol., 1994

35. Xenolitos de la corteza inferior de SLP

36. Procesos que provocan una adición o una pérdida de Sm y/o Nd influyen en el sistema: Anfibolitización o la formación de granates secundarios Granulitas de SLP tienen una edad de 1,315±85Ma 143Nd/144Nd inicial: 0.51107 ± 17

37. Con base en este estudio se puede decir que el centro de México tiene un basamento Grenviliano. La interpretación de los granates es que posiblemente son producto secundario, ya que el granate no existe como mineral primario en la corteza superior. Las coronas de reacción son producto de alteración por fluidos.

38. Evolución isotópica del Nd

39. La evolución isotópica del Nd La evolución isotópica del Nd en la tierra está descrita o referida a un modelo llamado CHUR (CHONDRITIC UNIFORM RESERVOIR; De Paolo y Wasserburg, 1976). Este modelo supone que el Nd terrestre evolucionó a partir de un almacén o reservorio uniforme, que tiene una relación de Sm/Nd igual que los meteoritos condríticos.

40. De 4.6 Ga hasta hoy, la abundancia del 143Nd radiogénico ha aumentado, y por lo tanto la relación 143Nd/144Nd de la tierra ha incrementado con el tiempo, debido al decaimiento de 147Sm a 143Nd. Debido a que el Nd es más incompatible que Sm, este se concentra más en la corteza que Sm, de aquí que la corteza tiene la relación 147Sm/144Nd más baja y el manto tiene una relación 147Sm/144Nd más alta.

41. Con el tiempo esto conduce a una baja relación 143Nd/144Nd en la corteza (formada hace 3.5 Ga) y a una alta relación 143Nd/144Nd en el manto.

43. Evolución isotópica del Nd en el manto y en la corteza. Línea más negra muestra la evolución de la tierra total o del CHUR. También se muestra la evolución de la corteza creada hace 3.5 Ga, el manto residual y la evolución de un manto continuamente empobrecido Inicio de la separación del manto en manto superior (empobrecido) y manto inferior Tiempo en Ga

44. eNd=0 Sugiere que las rocas se formaron a partir de un almacén con un patrón condrítico, el cual puede representar material primario remanente desde la formación de la tierra. Alto Sm/Nd Bajo Sm/Nd Tiempo en Ga Evolución de la tierra total, corteza, y manto. 143Nd/144Nd es transformado a eNd.

45. El parámetro e-Nd 143Nd M - 144Nd 1 x 104 eNd= 143Nd 144Nd CHUR 143Nd CHUR = 0.512638 144Nd 147Sm = 0.1936 (Lugmair, 1974) 144Nd = 0.1967 (Faure, 1986)

46. El parámetro e-Nd inicial 143Nd 144Nd - Muestra in 1 x 104 eNdi= 143Nd 144Nd CHURi 143Nd = 0.512638 CHUR 144Nd 147Sm = 0.1936 (Lugmair, 1974) 144Nd = 0.1967 (Faure, 1986)

47. eNd Es una notación en la que la relación isotópica 143Nd/144Nd inicial se representa como una desviación relativa en partes por 10,000 del parámetro CHUR. El parámetro eNd no depende de diferentes valores (146Nd/144Nd o 146Nd/142Nd) para la corrección por fraccionamiento (resultando en diferentes valores para 143Nd/144Nd en la misma muestra). Las variaciones pequeñas de 143Nd/144Nd (cambios solamente a partir del cuarto dígito) se reflejan mejor usando eNd.

48. eNd >0 indica que el Nd de la roca se derivó de un almacén (fuente empobrecida) con una relación Sm/Nd mayor que la relación condrítica (CHUR). eNd <0 indica que el Nd de la roca se derivó de un almacen (fuente enriquecida;córtical) con una relación Sm/Nd más baja que CHUR.

50. EDADES MODELO