EL M

1
EL MÉTODO Sm-Nd
2
Sm-Nd
Nd (Z60)
Sm (Z62)
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 1.08A Sm3
1.04A
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).
4
(No Transcript)
5
(No Transcript)
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 gt 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
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
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. Fechamient
os 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
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). XENOLIT
OS 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 Anfibolitizac
ión o la formación de granates secundarios Granul
itas de SLP tienen una edad de 1,31585Ma
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.
42
(No Transcript)
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
eNd0 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
0.512638
CHUR
144Nd
147Sm
0.1936 (Lugmair, 1974)
144Nd
0.1967 (Faure, 1986)
46
El parámetro e-Nd inicial
143Nd
144Nd
-
1
Muestra in
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 gt0 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 lt0 indica que el Nd de la roca se derivó de
un almacen (fuente enriquecida córtical) con una
relación Sm/Nd más baja que CHUR.
49
Variaciones de e Nd
Lherzolita de espinela 9.5 - 7
MORB 10 - 5
OIB 8 - 4
Plagio-Granitos (granodioritas) 6 - 3
Granitos I 3 - -6
Granitos S -6 - -30
50
EDADES MODELO
51
La edades modelo representan la edad de
diferenciación o la edad de separación del Nd del
reservorio (DM/CHUR). También representan el
tiempo promedio de residencia en la corteza.
52
Las edades modelo representan el tiempo
transcurrido desde que la relación 143Nd/144Nd de
la roca era igual a la relación 143Nd/144Nd del
CHUR o bien del DM. Estas edades son válidas
siempre que la relación Sm/Nd de la roca no haya
sido alterada por procesos geológicos en la
corteza.
53
Edad modelo
)
143Nd
(
143Nd
-
m
CHUR/DM
144Nd
1
144Nd
tNd
ln
1

l
147Sm
147Sm
-
CHUR/DM
m
144Nd
144Nd
DM Tiene varios parámetros
54
Parámetros del manto empobrecido (DM)
TNd CHUR
143Nd/144Nd
147Sm/144Nd
Goldstein et al., 1984 0.51316 0.214 3.86 Ga
Michard et al., 1985 0.513114 0.222 2.5 Ga
Liew Hoffman, 1988 0.513151 0.219 3.1 Ga
Schaaf et al., 1990 (SLP-Mex) 0.513089 0.2128 3.56 Ga
55
Cálculo de edades modelo Edad de residencia de
los magmas en la corteza.
56
Edades modelo en rocas sedimentarias
Las edades modelo de las rocas clásticas
sedimentarias (p. ej. lutitas), son similares a
las edades de las rocas de las cuales se
derivaron estos detritos (ígneas o metamórficas)
por esta razón, las edades Sm-Nd comúnmente
exceden su edad estratigráfica.
57
Las edades de residencia de las rocas
sedimentarias del proterozoico (2,500-570 Ma) son
generalmente mayores a su edad de depositación,
lo que nos indica que estos detritos están
compuestos principalmente de material cortical
reciclado que se separó del CHUR mucho tiempo
antes de que se depositara como sedimento.
58
Las edades modelo generalmente son interpretadas
como edades de residencia cortical, que
generalmente exceden las edades estratigráficas
de rocas sedimentarias formadas después de 2 Ga.
Antes de esta edad, las edades de residencia
presentan una correspondencia con las edades
estratigráficas, debido a que las rocas
sedimentarias de edad Precámbrico temprano
estuvieron compuestas de material que se derivó
de un almacén condrítico en el manto, solo poco
tiempo antes de su depositación.
59
La diferencia entre las edades de residencia y la
edad de depositación disminuye cuando detritos
jóvenes de origen volcánico se mezclan con
terrígenos de rocas antiguas.

60
MODELOS DE LA TIERRA BASADOS EN DATOS ISOTÓPICOS
DE BASALTOS.
61
Modelo terrestre basado en datos isotópicos
obtenidos en basaltos.
62
La composición isotópica del manto empobrecido
puede cambiar por transferencia de material de la
corteza o del manto inferior primitivo.
63
La composición isotópica de Sr y Nd en sedimentos
oceánicos varía regionalmente entre los mayores
oceános del mundo porque esta depende de la edad
y de las relaciones Sm/Nd de las rocas que los
ríos drenan hasta sus cuencas. Sedimentos de la
cuenca del Pacífico tienen relaciones isotópicas
de 143Nd/144Nd mayores y menores de 87Sr/86Sr
comparados con valores del Océano
Atlántico. Ríos que drenan hacia el Pacífico
están erosionando corteza continental joven
comparada con la que están erosionando los ríos
que drenan el Atlántico.
64
Sumario
Sm- Nd pertenecen a las tierras raras. Las rocas
ultramáficas y máficas tienen una relación Sm/Nd
más alta que las rocas intermedias y
félsicas. Los fechamientos por Sm-Nd son
apropiados debido a que Sm y Nd son menos
suceptibles al intemperismo, alteración
hidrotermal, etc. comparados con Rb y Sr.
65
Sumario
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.
66
Sumario
eNd gt0 indica que la roca (Nd) se derivó de un
almacén (fuente empobrecida) con una relación
Sm/Nd mayor que la relación condrítica (CHUR).
Valores negativos indican que el Nd proviene de
una fuente enriquecida, la cual tiene una
relación Sm/Nd más baja que el CHUR.
67
Las edades modelo representan el tiempo
transcurrido desde que el Nd en una muestra de
roca tuvo la misma composición isotópica que el
CHUR. La validez de esta edad depende de la
premisa de que la relación Sm/Nd no fue alterada
por procesos geológicos en la corteza. Las
edades modelo pueden ser interpretadas como
estimaciones válidas de tiempo de residencia.
68
Aplicación de Sr-Nd combinados
69
Los cuatro cuadrantes del diagrama Sr-Nd
Factor de enriquecimiento parámetro f
fSm (147Sm/144Nd)
-
1
(147Sm/144Nd)
CHUR
fRb (87Rb/86Sr)
-
1
(87Rb/86Sr)
UR
70
Cuadrante I f Sm gt0, fRbgt0. Estas rocas son
originadas en fuentes donde Sm/Nd y Rb/Sr son más
grandes que sus respectivos valores del CHUR y
UR (muy raro).
Cuadrante II Contiene el arreglo del manto. Las
fuentes de este cuadrante contienen relaciones
Sm/Nd gtCHUR (fSm gt 0) y relaciones Rb/Sr más
bajas que el UR (fRblt0).
71
(No Transcript)
72

Cuadrante III fSm lt0, fRb lt0 En escocia existen
basaltos provenientes del manto que están
contaminados con granulitas con bajo eNd y bajo
87Sr/86Sr. Se ha calculado hasta 50 de
contaminación
Cuadrante IV Enriquecido en Rb (fRb gt0) y
empobrecido en Sm (fSmlt0). Generalmente rocas de
la corteza continental.
73
(No Transcript)
74
(No Transcript)
75
El arreglo del manto
76
Magmatismo de Arco Continental
Figure 17-1. Map of western South America showing
the plate tectonic framework, and the
distribution of volcanics and crustal types. NVZ,
CVZ, and SVZ are the northern, central, and
southern volcanic zones. After Thorpe and Francis
(1979) Tectonophys., 57, 53-70 Thorpe et al.
(1982) In R. S. Thorpe (ed.), (1982). Andesites.
Orogenic Andesites and Related Rocks. John Wiley
Sons. New York, pp. 188-205 and Harmon et al.
(1984) J. Geol. Soc. London, 141, 803-822. Winter
(2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic
Petrology. Prentice Hall.
77
Magmatismo de Arco Continental
Figure 17-6. Sr vs. Nd isotopic ratios for the
three zones of the Andes. Data from James et al.
(1976), Hawkesworth et al. (1979), James (1982),
Harmon et al. (1984), Frey et al. (1984), Thorpe
et al. (1984), Hickey et al. (1986), Hildreth and
Moorbath (1988), Geist (pers. comm), Davidson
(pers. comm.), Wörner et al. (1988), Walker et
al. (1991), deSilva (1991), Kay et al. (1991),
Davidson and deSilva (1992). Winter (2001) An
Introduction to Igneous and Metamorphic
Petrology. Prentice Hall.
78
Variaciones isotópicas de Sr y Nd en rocas de
arcos volcánicos
143Nd/144Nd
87Sr/86Sr
79
Variaciones de 143Nd/144Nd En MORB, OIB y CVA
80
Modelos de mezcla
81
(No Transcript)
82
Mezcla binaria
83
Hipérbolas de mezcla formadas por la combinación
de rocas de la corteza continental con basaltos
toleíticos en proporciones variables.
84
Relaciones isotópicas de Nd y Sr en rocas
graníticas de la corteza continental.
85
Composiciones isotópicas de Sr y Nd de rocas
graníticas de la Sierra Nevada y Sierras
peninsulares de California.
La curva representa mezclas de esquistos
precámbricos, dentro de los cuales el batolito de
la Sierra Nevada fue intrusionado, con una cuarzo
diorita.
86
Valores de eNd y eSr de rocas graníticas y
xenolitos de los batolitos de Berridale y
Kosciusko del sureste de Australia.
Los granitos tipo S y tipo I comparten la misma
línea de mezcla indicando que ambos son mezcla de
dos componentes derivados de un manto empobrecido
y de la corteza continental.
87
Aplicaciones de los isotópos de Sr-Nd en México
88
(No Transcript)
89
Cinturón Volcánico Mexicano
CVM
90
MORB
Volcán de Colima y su relación con rocas
corticales, sedimentos y basaltos tipo MORB
91
(No Transcript)
92
(No Transcript)
93
Nevado de Toluca
Rocas derivadas de una fuente tipo MORB,
afectadas por una ligera contaminación con
material cortical de edad Grenviliana (1.3 Ga).
Martínez-Serrano et al., 2004
94
Volcán Popocatépetl
Datos químicos e isotópicos sugieren el
almacenamiento de los magmas del Volcán
Popocatépetl en una corteza compuesta por calizas
de edad Cretácica.
Schaaf et al., 2005
95
Comparación de datos del Volcán Nevado de Toluca
y los xenolitos encontrados en las lavas del
volcán Popocatépetl.
Schaaf et al., 2005
96
Arreglo del manto
87Sr/86Sr
Schaaf et al., 2001