Apuntes Geología General

Contenido: Definición / Facies / Correlación / Datación radiométrica / varvas / anillos árboles

Estratigrafía:

Definición: Estudio de rocas por su naturaleza, su existencia, sus relaciones entre si y su clasificación.

Los relaciones de las rocas entre si indica:

a) relación horizontal: ¿cuál tipos de rocas de la misma edad existen? = Pregunta de la Facies. Durante la misma época, en el mismo momento, se depositan in distintas áreas diferentes rocas: Ejemplo: Hoy en la Región Atacama se forman rocas volcánicas en la cordillera por los volcanes activos. En el mismo momento hay deposición de rocas clásticas por el río Copiapó o el viento. En Bahía Inglesa se forman en este tiempo depósitos de una playa. Algunos 10 km afuera de la costa Chilena tenemos en este momento sedimentación de estratos, cuales pertenecen a un ambiente del mar. Entonces existe: una facies volcánica, facies fluvial, facies eólica, facies litoral y facies marino.

Definición de FACIES: Caracteres generales de una roca (sedimentaria) especialmente aquéllos que indican el ambiente en cual fue depositada.

b) relación temporal: ¿cuál es la roca más joven o más antigua ? = determinación de edades absolutos o relativos de los estratos.

1. Principio de STENO: Los estratos más abajo (del fondo) son más antiguo como los estratos más arriba (si no están invertidas o fuerte deformada tectónicamente)

2. Métodos de la determinación de edades relativos

2.1 Por medio de fósiles (paleontología, bioestratigrafía, fósiles guías)
2.2 Por fenómenos globales (capas de extensión global por ejemplo un impacto grande de un meteorito)
2.3 Por regresión o transgresión del mar
2.4 Por estructuras tectónicas

3. Métodos de edades absolutos

3.1 Dataciones radiométricas
3.2 Varvas
3.3 Anillos de Árboles

Facies:

Cada ambiente natural deja sus características adentro de las rocas. Tipo de la roca, contenido en fósiles, huellas, características en los minerales o en la geoquímica. Se habla del "fingerprint" (la huella dactilar) de la unidad. Los conjuntos de estas características sirven para realizar correlaciones de unidades y determinar su ambiente de formación en forma detallada. Hay que mencionar, como se ve en la figura arriba, que la superficie de la tierra en la actualidad se compone de una gran cantidad de distintos ambientes: océanos, tierra firme, ríos, litoral, volcánico - o más detallado por ejemplo:  río tipo braided, mar hemipelágico-batial, arco volcánico de un margen activo con subducción etc etc. Pero lo interesante es, la geología se extiende también hacía al pasado - los ambientes actuales existían también en el pasado solamente con otra posición y otra extensión. 

Tipos de correlación de estratos:

Edades relativos:

Por medio de fósiles (paleontología) : Fósiles guías permiten una correlación de edad entre diferentes sectores. Un fósil guía es un fósil con una abundancia relativamente alta, una distribución global y de una vida como especies relativamente corta. Otra ventaja sería una relativa independencia de factores ambientales. En el primer instante un fósil guía apunta a una cierta época y permite una correlación con los estratos en otros sectores que contienen el mismo fósil. Se habla de "edades relativos" por que un fósil en un primer instante define solamente una cronología entre más antiguo hasta más joven -   simplemente el fósil no trae su certificado de nacimiento - solamente dice estoy más joven que... y más viejo que.... Pero desde hace un medio siglo existe la posibilidad de realizar dataciones radiometricas que dan una "fecha" precisa en millones de años (m.a.) - y por supuesto los fósiles guía ya lo analizaron - entonces en el segundo plano se conoce su edad.

Estratos no tienen continuación horizontal infinita. Cambios del paleo-ambiente, de la facies o por razones de erosión estratos pueden mostrar una diminución de su espesor, hasta su desaparición completa - Los estratos se acuñan (Ejemplo la arenisca en la figura arriba) - un acuñamiento lateral.

Edades absolutos:

Dataciones radiométricas por medio de isótopos inestables:
Isótopos son átomos de un elemento de distintas masas, de distintas cantidades de neutrones, pero de la misma cantidad de protones (mismo número atómico) y tienen casi las mismas propiedades químicas.
Los isótopos radioactivos se desintegran con una velocidad exponencial constante. La mitad de los isótopos radioactivos se desintegra en un intervalo de tiempo definido y constante formando isótopos radiógenos. El intervalo de tiempo se llama período de semidesintegración, lo cual es característico para un isótopo radioactivo, no depende de la temperatura, ni de la presión o otros factores.



Por ejemplo la descomposición radioactiva de ⁴⁰K à ⁴⁰Ar y de ⁴⁰K à ⁴⁰Ca. El período de semidesintegración de ⁴⁰K à ⁴⁰Ar es 1,3Ma. Es decir cada 1,3Ma la mitad de los isótopos de ⁴⁰K originariamente presentes se han descompuestos y formados ⁴⁰Ar. 
Conociendo los parámetros siguientes, se puede calcular el tiempo, en que inició la desintegración radioactiva, lo cual en algunos casos coincide con la edad de formación de la roca: 
a) la cantidad de los isótopos radioactivos (⁴⁰K) 
b) la cantidad de los isótopos radiógenos (⁴⁰Ar) formados por la desintegración de los isótopos radioactivos 
c) el período de semidesintegración.

Pequeño resumen histórico:

Los métodos isotópicos fueron desarrollados en el orden cronológico siguiente:
1896: Desintegración radioactiva descubierta por Becquerel
1905: U/He por RUTHERFORD
Método de las aureolas pleocroíticas
Fin de la década 1930: Desarrollo del espectrómetro de masa por NIER & MATTAUCH
Desarrollo de los métodos estándar U-Th-Pb, Rb-Sr, K-Ar, Sm-Nd (1974) y desarrollo de los métodos de interpretación como 'concepto del comon lead', isócrona, concordia.

Metodología y procedimiento: El espectrómetro de masa
La cantidad de los isótopos y la composición isotópica de los elementos se mide con un espectrómetro de masa.
El espectrómetro de masa se constituye principalmente de las tres unidades siguientes:
(1) Fuente de un rayo de iones cargados positivamente
(2) Campo magnético
(3) Colector de los iones
En las tres unidades se establece un vacío de una presión alrededor de 10-6 a 10-9mmHg. Dependiendo de la configuración de la fuente iónica se puede analizar muestras de gas o sólidas.
Para el análisis de una muestra sólida se coloca una sal del elemento en un filamento, que se introduce en la fuente iónica. El filamento de Ta, Re o W se calienta eléctricamente a una temperatura suficientemente alta para traspasar el elemento en la fase gaseosa. La temperatura alta del filamento en evaporación o de un filamento vecino incandescente causa la ionización de la muestra gaseosa. Los iones generados de esta manera se aceleran en un campo de alto voltaje y por medio de placas de rendijas se les enfoca en un rayo.
El rayo iónico entra en un campo magnético generado por un electroimán, cuyas expansiones polares están formadas y ajustadas de tal manera, que las líneas de fuerza magnética están perpendiculares con respecto a la dirección de propagación de los iones. El campo magnético desvía los iones de tal modo, que los iones siguen trayectorias circulares, cuyos radios son proporcionales a las masas de los isótopos, es decir los isótopos más pesados están desviados menos y los iones más livianos están desviados más. Las expansiones polares están formadas de tal modo, que al salir del campo magnético los rayos iónicos convergen.
Los rayos iónicos separados siguen la trayectoria pasando por el tubo analizador hasta llegar al colector, donde se proyecta una imagen de la rendija de la fuente por medio de un efecto iono-óptico del campo magnético.
El colector iónico se compone de una copa metálica, que se ubica detrás de la placa de rendija. El voltaje de aceleración de la fuente y del campo magnético se ajusta de tal modo, que uno de los rayos iónicos es enfocado por la rendija del colector, mientras que los demás rayos iónicos chocan con la placa de rendija puesta unida a tierra o con las paredes metálicas del tubo analizador y resultan neutralizados. El rayo iónico captado por el colector es neutralizado por los electrones, que pasan por el colector y por un resistor de 1010 a 1012 ohm. La variación del voltaje generado entre los términos del resistor se amplifica y se la mide por medio de un voltímetro análogo o digital. Usualmente se registra las señales por medio de un registrador de cinta sin fin.
El análisis de masa de un elemento o de un compuesto, que se compone de varios isótopos o masas isotópicas se obtiene variando el campo magnético o el voltaje de aceleración de tal manera que los rayos iónicos separados son enfocados consecutivamente hacia el colector. La señal resultante se registra con el registrador de cinta sin fin. Se constituye de una serie de máximos y mínimos, que en conjunto forman el espectro de masa del elemento. Cada alto representa una proporción discreta de masa y carga que posibilita la identificación de cada isótopo presente en el espectro de masa. El tamaño del alto es proporcional a la abundancia relativa de este isótopo.

Datación por medio de varvas

Las as varvas son estratos muy finos que se componen por una zona clara - gris en el inferior y una sección oscura - negra en el superior. Este conjunto se llama "varva" y representa un año. Una de los primeros métodos de datación absoluta era el conteo de las varvas en lagos del hemisferio norte. Hasta finalmente se generó un "calendario" de varvas - un listado con todas las secuencias en el contorno temporal. Lamentablemente los resultados solamente tenían validez en una zona definida. Pero era un método para contar años. Actualmente se usa el método en conjunto con la climatología - una gran ventaja de las varvas es su información climatológica - un registro natural de los hechos climáticos anuales. (véase también rocas clásticas: aquí más)

Por medio de anillos de árboles:

Un otro método de la datación absoluta era el conteo de los anillos de los árboles. Cada anillo se compone de dos partes cuales representan en conjunto un año. Cada anillo depende de la característica climática del año. Entonces cada árbol tiene una secuencia característica de anillos - dependiente de su época de vida. La comparación de muchos árboles de diferentes épocas pero con una cierta conformidad permitió la generación de un largo listado con todas las secuencias conocidos. Este listado era "por año" entonces era un real método de datación absoluta. La desventaja era que árboles petrificados no son tan común y existen diferencias regionales climáticas que algunas veces alteraron el crecimiento de algunos anillos.
Pero actualmente este método forma un registro único paleoclimático. Cada anillo contiene información climática y se conoce la "fecha".