MÓDULO 1 TRABAJO PRÁCTICO Nº 8 GEOCRONOLOGÍA Y MAGNETOESTRATIGRAFÍA

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1 MÓDULO 1 TRABAJO PRÁCTICO Nº 8 GEOCRONOLOGÍA Y MAGNETOESTRATIGRAFÍA Objetivos Introducir conceptos elementales de geofísica de la tierra sólida y su aplicación en la Estratigrafía, sus usos y aplicaciones. Aplicar técnicas magnetoestratigráficas, paleomagnéticas y geocronológicas en estudios estratigráficos y sedimentológicos. Mediante este práctico se intentará explorar el mundo de la geofísica, como por ejemplo cronología absoluta y determinación de unidades magnetoestratigráficas, estudios de correlación, determinación de tasas de sedimentación y en el análisis de cuencas, como en el estudio de la Geología Histórica. Elementos y bibliografía Lápiz, goma, regla, transportador, papel, calculadora y brújula era Torres, J.A., Estratigrafía: Principios y métodos, libro de texto, Editorial Rueda. Reynolds et al., (pdf adjunto en lecturas complementarias) Algunos conceptos básicos La aplicación de conceptos de magnetismo terrestre y geocronología en rocas sedimentarias es un campo de estudio donde interacciona la Estratigrafía y la Geofísica. Aunque estos estudios datan algunos desde el siglo I, no fue hasta los 70 que se comenzaron a realizar avances significativos en estos campos. Por ejemplo, los estudios paleomagnéticos tuvieron una explosión con el descubrimiento de las dorsales de fondo oceánico, uno de los elementos que aportaron para construir la teoría de la Tectónica de Placas Global. Uno de los principales usos de las técnicas Geofísicas es la determinación de edades absolutas de las rocas sedimentarias.

2 Magnetoestratigrafía y paleomagnetismo De igual manera que se orienta la aguja imantada, lo hacen los minerales magnéticos presentes en los sedimentos durante su depósito y en las lavas volcánicas durante su solidificación. El estudio de de dicha orientación nos dará información sobre los cambios del campo magnético a través del tiempo geológico.

3 Configuration of the axial dipole geomagnetic field during (A) a normal polarity interval and (B) a reverse polarity interval. El campo magnético terrestre ha sido comparado con un dipolo geocéntrico, con eje ligeramente desviado respecto al eje de rotación (129 km del eje de rotación real). El campo magnético de la Tierra se expresa con una serie de líneas de fuerza que van desde el polo positivo al negativo, de manera de un imán.

4 Parámetros del campo magnético El campo magnético terrestre puede representarse como un vector que puede descomponerse en 3 vectores en los ejes de coordenadas, Y y Z, donde se pueden obtener los parámetros fundamentales del campo magnético: intensidad, declinación e inclinación. Intensidad es la longitud real del vector, que alcanza valores máximos en los polos y mínimos en las áreas ecuatoriales. La declinación magnética es el ángulo medido en un plano horizontal que forma el vector que apunta al N magnético con el vector con el vector que señala el N geográfico. Este vector varía con la posición geográfica y cambia constantemente. La inclinación magnética es el ángulo de inmersión del vector respecto a un plano horizontal. Este es de 90º en los polos y 0º en el ecuador.

5 Origen del campo magnético terrestre El origen interno del campo magnético terrestre se basa en la teoría generalmente aceptada de dínamo autoinducida, ligada a un sistema de corrientes eléctricas en las partes internas de los globos provocados por movimientos de fluidos dentro del núcleo o en el límite del núcleo con el manto inferior (como un dipolo). Auque no existe una aceptación sobre que genera este movimientos, se cree se deben a desintegraciones radioactivas o a fenómenos de cinética química. Con respecto al origen del campo magnético externo se relacionan con los movimientos de ascensos y descensos del nivel del mar (mareas), por atracción solar y lunar, y con la existencia de partículas cargadas eléctricamente en l parte superior de la atmósfera que se mueven a gran velocidad. Paleomagnetismo: Se ocupa del magnetismo terrestre en tiempos geológicos, que queda reflejado en las rocas por la orientación de ciertos minerales. El estudio se basa en el análisis detallado de la orientación selectiva que puedan presentar los minerales magnéticos en el seno de las rocas antiguas y en la medida de paleointensidad de campo geomagnético. Los minerales magnéticos son fundamentalmente óxidos de Fe y Ti, que pueden alcanzar el 5% en algunas rocas volcánicas y <0,05% en rocas sedimentarias.

6 Se conoce como punto de Curie a la temperatura a partir de la cual la agitación térmica impide el ordenamiento magnético de manera que cuando una material supera dicha temperatura desaparece su ferromagnetismo y se convierte en paramagnético. En la magnetita el punto de Curie es de 578ºC y en la hematina de 675ºC. Si por ejemplo una roca ígnea es calentada por encima de esta temperatura desaparecerá su ordenamiento original. En rocas sedimentarias los máximos en abundancia en minerales magnéticos se dan en rocas detríticas rojas y mínimos en aquellas rocas de precipitación química. Las técnicas actuales permiten medir cantidades mínimas de magnetización remanente. Los principales representantes son la magnetita y titomagnetita), arrastrados como partículas sólidas desde rocas ígneas y metamórficas, o sedimentarias recicladas. Estos minerales se orientan paralelamente a las fuerzas magnéticas de la tierra antes de su depósito y quedan inmovilizados con dicha orientación, salvo que modificaciones posteriores por calentamiento generen una remagnetización. En rocas carbonáticas el principal mineral magnético es la goethita. Estos minerales se orientan según el ángulo de declinación. A la magnetización adquirida con posterioridad, durante la diagénesis es conocida como remanente postdepositacional. Además de la magnetización remanente original, existe una sobreimpuesta submoderna, controlada por el campo magnético actual, durante la meteorización superficial de las rocas. Medición del paleomagnetismo Se mide la orientación de los minerales magnéticos en el seno de las rocas, pero en la posición originaria de la misma (normalmente horizontal) y expresada con respecto a las coordenadas geográficas. Un correcto muestreo debe dar: - Una correcta posición de la muestra en el espacio. - Posición de la muestra con respecto a la superficie de estratificación. - Dirección y buzamiento de los materiales. - Posibles giros con eje vertical por deformaciones tectónicas. El muestreo puede hacerse con brújula, martillo y cincel, y para ello debe orientarse correctamente la muestra en el afloramiento antes de extraerla y luego se realiza una perforación en laboratorio; o bien puede hacerse usando un equipo de perforación portátil

7 en el campo para evitar errores en la toma de la muestra (revisar de prácticos de años anteriores recolección de muestras orientadas. Junto a los datos de orientación de la muestra se podrán transformar los datos de orientación de minerales magnéticos en el cilindro respecto a las coordenadas geográficas durante la génesis de la roca. Los datos estructurales se representan mediante la proyección estereográfica, indicando con signos diferentes los que corresponden a los hemisferios superior e inferior. En medidas realizadas en le hemisferio N las líneas de flujo correspondientes a intervalos de polarizas normal (como hoy) quedarán representadas en el hemisferio inferior de la red estereográfica, y las de polaridad inversa en el hemisferio superior. En el hemisferio sur la representación en la contraria. En el laboratorio la medida de magnetización remanente consiste de tres etapas: - la desmagnetización, que pretende eliminar el efecto de la orientación de minerales magnéticos adquiridos posteriormente a la génesis de la roca. Se puede aplicar un campo magnético alternante o calentando progresivamente hasta el punto de Curie de los minerales magnéticos de la magnetización remanente. - la medida propiamente dicha. Se usa el magnetómetro que mide la orientación de los minerales magnéticos respecto al cilindro con la muestra, el cual está orientado respecto a las coordenadas geográficas. - el tratamiento estadístico de los resultados. 1º sobre cada muestra, 2º sobre los distintos afloramientos, y 3º conocido como tratamiento de Fisher donde se obtienen dos parámetros esenciales, la dirección magnética preferencial y el margen de error.

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9 Inversiones del campo magnético Estudios paleomagnéticos permiten afirmar que han existido notables cambios en la polaridad de campo magnético. Por convención se denomina polaridad normal a los flujos que van desde el polo sur hacia el polo magnético norte. En el registro estratigráfico se pueden reconocer zonas de polaridad normal que alternan con otras de polaridad inversa. A cada uno de los intervalos de tiempo correspondientes a una zona de polaridad definida se llama cron de polaridad, que tiene una duración mínima de algunas centenas de miles de años hasta el millón de años.

10 Geocronología radimétrica CATEDRA DE ESTRATIGRAFIA Y GEOLOGIA HISTORICA

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14 Ejercicios y tareas complementarias 1) A partir del siguiente diagrama determine la cronología relativa e historia de eventos. 2) La siguiente columna estratigráfica corresponde al Cenozoico de la región del Sistema de Santa Bárbara, ubicado al E de la ciudad de Salta. La columna se compone por una espesa secuencia de areniscas y fangolitas, con intercalaciones de conglomerados y niveles tobáceos. A partir de los datos de polaridad (positivos normal, negativos inversos) obtenidos por Reynolds et al 2000 (GSA Bull.): a) construya la columna magnetoestratigráfica local en el rectángulo en blanco, y luego, b) usando la edad cronológica de referencia de 13,2 Ma realice una correlación de crones con la columna de polaridades magnéticas global (columna de la derecha, Global Polarity Time Scale).

15 3) Diga que entiende por tasa de sedimentación, y que metodologías conoce para su determinación. A partir de los datos obtenidos en el ejercicio (1) calcule las tasas de sedimentación utilizando de ayuda el cuadro que se presenta.

16 4) Investigue cuales son las utilidades más importantes de la geocronología radimétrica en el estudio de las rocas sedimentarias. Explique y ejemplifique. 5) El objetivo de este ejercicio es obtener edades radimétricas gráficamente. a) Comenzaremos el ejercicio completando el siguiente cuadro. Por ejemplo, luego de una vida media, la fracción partícula padre será 0,5 y la fracción hijo 0,5. Luego de dos vidas media la fracción padre será 0,25 y la hijo de 0,75. Recuerde que la suma de padre + hijo = 1. b) Luego complete la columna C, donde se representa la relación hijo/padre. Por ejemplo para el tiempo una vida media, esta relación será = 1. idas medias transcurridas A. fracción padre B. fracción hijo C. relación hijo/padre 0 1 0,5 0, ,25 0, c) Complete el diagrama cartesiano normal-normal. Luego suavice una curva integrando todos los valores representados. 40 Relación hijo/padre ida media transcurrida

17 d) Para las muestras 1-3 de la siguiente tabla, primero calcule la relación hijo/padre Nh/Np. Luego usando el gráfico que construyó anteriormente en (c) determine el número de vidas medias que han transcurrido para cada muestra. Escriba luego su respuesta en la columna vida media transcurrida. e) Si la vida media es 8200 años, calcule la edad de las muestras en la tabla. Nº muestra Átomos padre Np Átomos hijo Nh Nh/Np ida media transcurrida Edad en años 6) El objetivo de este ejercicio es obtener edades radimétricas numéricamente. a) Si la constante de decaimiento radiactiva del 40 K es λ=5,543 x /año, calcule la edad de las siguientes muestras utilizando la ecuación t=ln(nh/np + 1)/λ luego complete la columna Edad en años. Nº muestra Átomos padre Np Átomos hijo Nh Nh/Np ida media transcurrida Edad en años b) La vida media, t 1/2 del 40 K puede ser determinada desde la constante de decaimiento mediante la ecuación t 1/2 =0,693/λ Cual es la vida media del 40 K? c) Utilizando la vida media calcula da en (b), complete la columna del cuadro anterior de ida media transcurrida.