Elementos con #’s atómicos bajos.
Tienen una abundancia variable debido al fraccionamiento isotópico causado por procesos fisico-químicos en la naturaleza.
El fraccionamiento depende de:
– Diferencias en las propiedades físico-químicas en los isótopos y es proporcional a la diferencia de sus masas.
– Diferencias de masas altas alto fraccionamiento.
Los isótopos estables más importantes son:
H, C, N, O y S
ISÓTOPOS ESTABLES
EL FRACCIONAMIENTO ES CAUSADO POR:
Reacciones de intercambio isotópico que implican la redistribución de los isótopos de un elemento entre diferentes moléculas que contienen tal elemento. Los enlaces atómicos en moléculas que contienen mas isótopos ligeros son menos estables.
Reacciones unidireccionales en donde la velocidad de la reacción depende de la composición isotópica de los productos y de los reactivos.
Procesos físicos: Evaporación, condensación, fusión y cristalización, adsorción de iones y moléculas por causa de la concentración y gradientes de °T en donde la diferencia de masa juega un papel importante.
El fraccionamiento de un isótopo entre dos sustancias A y B se define por el factor de fraccionamiento a
relación en A
relación en B
a =
a =
Cuarzo-magnetita
18O/16O en cuarzo
18O/16O en magnetita
Por ejemplo, en la reacción en la que 18O y 16O son intercambiados entre magnetita y cuarzo, el fraccionamiento de 18O / 16O entre cuarzo y magnetita es:
2Si 16O2 + Fe3 18O4 = 2Si 18O2 + Fe3 16O4
En donde: 18O / 16O en cuarzo y 18O / 16O en magnetita son las relaciones isotópicas medidas en cuarzo y magnetita.
RA: Relación del isótopo pesado al ligero en la fase A y RB la misma relación pero en la fase B.
Isótopos de Oxígeno
Las concentraciones son expresadas en referencia a un estándar.
Estándar internacional para isótopos de O = SMOW (standard mean ocean water, por sus siglas en inglés)
16O 99.756% de oxígeno natural
17O 0.039% “
18O 0.205% “
O (Z=6) elemento más abundante de la tierra
18O y 16O son los isótopos usados comúnmente y su relación es expresada como d:
(Gp:) (
(Gp:) O/
(Gp:) O)
(Gp:) (
(Gp:) O/
(Gp:) O)
(Gp:) (
(Gp:) O/
(Gp:) O)
(Gp:) x
(Gp:) 1000
(Gp:) 18
(Gp:) 16
(Gp:) muestra
(Gp:) 18
(Gp:) 16
(Gp:) SMOW
(Gp:) 18
(Gp:) 16
(Gp:) SMOW
(Gp:) –
el resultado es expresado en partes por mil (‰)
18O/16O SMOW = 2.005.20 ? 0.43 (Baertschi, 1976)
d 18O =
Estándares usados en la geoquímica de isótopos estables
APLICACIONES DE ISÓTOPOS DE
OXÍGENO E HIDROGÉNO
ESTRATIGRAFÍA DE HIELO Y NIEVE
COMPOSICIÓN ISOTÓPICA DE AGUA EN OCEANOS
PALEOTERMOMETRÍA EN OCÉANOS
PALEOCLIMATOLOGÍA EN LOS CONTINENTES
AGUA GEOTERMAL Y SALMUERAS
HIDRÓGENO
H (Z=1)
1H: 99.9852%
2H (D): 0.0145%
3H(tritio): artificial, cosmogénico
Existe una diferencia grande entre H/D (debido a la gran diferencia de masa).
D/H Varía hasta 70% en muestras terrestres y aún más en muestras extraterrestres.
*
H se encuentra en minerales arcillosos, zeolitas, micas, anfíboles, clorita, serpentina.
IMPORTANCIA DE LOS ISÓTOPOS DE HIDRÓGENO
Composiciones isotópicas del agua
(Gp:) H O (18)
(Gp:) 16
(Gp:) 2
(Gp:) H O (19)
(Gp:) 17
(Gp:) 2
(Gp:) H O (20)
(Gp:) 18
(Gp:) 2
(Gp:) HD O (19)
(Gp:) 16
(Gp:) HD O (20)
(Gp:) 17
(Gp:) HD O (21)
(Gp:) 18
(Gp:) D O (20)
(Gp:) 16
(Gp:) 2
(Gp:) D O (21)
(Gp:) 17
(Gp:) 2
(Gp:) D O (22)
(Gp:) 18
(Gp:) 2
Debido a la existencia de tres isótopos estables de oxígeno y dos isótopos estables de hidrógeno, las moléculas de agua ordinaria tienen nueve configuraciones isotópicas cuyas masas están dadas aproximadamente por su número de masa.
La presión de vapor de diferentes moléculas de agua es inversamente proporcional a sus masas.
H 216O tiene P de vapor más alta que D 218O
El agua que se formó de la evaporación de agua líquida está enriquecida en H216O debido a que la presión de vapor es más alta que H2 18O, el residuo se queda enriquecido en 18O y D.
O y H tienen el mismo comportamiento con respecto al fraccionamiento.
La composición isotópica de O e H se reporta en relación al 18O/16O o D/H relativos a un estándar (SMOW) Craig (1961).
SMOW ( relacionado a un gran volumen de agua destilada en NBS-1)
D/H(SMOW)= 1.050 D/H NBS-1
18O/16O (SMOW)= 1.008 18O/16O NBS-1
También existen:
SLAP (Standard Light Antartic Precipitation)
PDB (Peedee Formation South Carolina, belemnites (CO2) para O en carbonatos, especial para la determinación de paleotemperaturas.
Valores positivos ? Enriquecimiento en 18O y D relativo al SMOW
Valores negativos ? Empobrecimiento en 18O y D en relación al SMOW
dD =
(D/H)muestra- (D/H)smow
(D/H)smow
x 1000
Ecuación para calcular dD
Evaporación del agua de la superficie de los océanos
Enriquecimiento del 16O y H en el vapor por tener más alta P de vapor.
d18O y dD de la atmósfera encima de los océanos = valores negativos.
En comparación al O del agua del mar, agua fresca (lluvias), glaciares, nieve son enriquecidas en 16O y H y tienen d18O y dD negativos.
Analizando isótopos de O en carbonatos, silicatos y fosfatos se han encontrado fluctuaciones de la T en el pasado.
La topografía juega un papel muy importante en el clima, la lluvia y por consiguiente en la composición isotópica de la precipitación.
La montañas causan que el aire suba y se enfríe y que el vapor de agua se condense (líquido). Así que el vapor de agua en el aire que ha pasado por las montañas deberá ser isotópicamente más ligero que el aire sobre el océano a un lado de las montañas.
a) Las composiciones isotópicas de agua y nieve muestran un efecto pronunciado de latitud, lo cual refleja las temperaturas de condensación. El agua de cuencas cerradas y algunos lagos del noreste de África en donde ocurre una evaporación excesiva y se desvían de la relación.
b) Relación entre la media anual de d18O de la precipitación meteórica (relativa a SMOW) y el promedio anual de la temperatura del aire.
Faure (1986)
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