RADIACTIVIDAD,CALOR INTERNO Y MAGNETISMO

RADIACTIVIDAD,CALOR INTERNO Y MAGNETISMO

RADIACTIVIDAD,CALOR INTERNO Y MAGNETISMO

INDICE:

RADIACTIVIDAD:I.-DEFINICION DE RADIACTIVIDADII.-TIPOS DE RADIACTIVIDADIII.-DEFINICIN DE ISOTOPOS IV.-ISOTOPOS RADIACTIVOSV.-GEOQUIMICA ISTOPICAVI.-FRACCIONAMIENTO ISTOPICOVII.- VIDA MEDIAVIII.-DATACIO DE ROCAS Y MINERALES

CALOR INTERNOIX.-GENERALIDADESX.-ORIGEN DEL CALOR INTERNOXI.- TRANSFERENCIA DE ENERGA EN EL INTERIOR DE LA TIERRAXII.-PLACAS TECTONICAS :CELDAS DE CONVECCIONXIII.-MAGAMATISMOXIVPLUTONISMO Y VULCANISMOXVPUNTOS CALIENTESXVI.-GRADIENTE GEOTERMICO. XVII.- LA ACTIVIDAD INTERNA DE LA TIERRA Y LAS PLACAS LITOSFRICASXIX.-ESTRUCTURAS SUPERFICILES Y PROFUNDASXX..-LOS TERREMOTOS

MAGENETISMO

XXI.- CAMPO MAGNETICOXXII.- PALEOMAGNETISMOXXIV.-GEOMORFOLOGA Y CORTEZA SUPRAYACENTE.

INTRODUCCIN

La Tierra, se encuentra sometida a una lenta y continua transformacin, la cual se manifiesta en una serie de cambios, tanto de su aspecto externo como de su estructura interna. Desde su formacin como planeta, ha pasado por una serie de estados.

Este trabajo pretende analizar de una manera adecuada los temas de radiactividad, calor interno y el magnetismo terrestre de tal forma que podamos establecer la relacin que guardan con la geotectnica.

La radiactividad, tiene un papel muy importante en geologa. El enriquecimiento y empobrecimiento de ciertos istopos radiactivos de determinadas sustancias, y el conocimiento de las concentraciones relativas de sus masas; permite el conocimiento exacto de la antigedad correspondiente a las rocas que los contienen, y en ocasiones, emplearlos como geotermmetros y sin pensarlo estos nos conllevan al origen del calor interno por fusin de elementos radiactivos.

Esta prdida de energa calorfica energa interna se manifiesta en una serie de movimientos y transformaciones que afectan continuamente a la estructura interna de la Tierra y a la forma de la corteza terrestre. El calor interno, en este trabajo lo tratamos como el responsable de las numerosas estructuras que ahora visualizamos por efectos del magmatismo (plutonismo y vulcanismo), por ello es de vital importancia entender a profundidad este tema comenzando por comprender el origen del calor interno de nuestro planeta, generado por elementos radiactivos que sufren una fusin parcial o total y por el origen mismo del planeta.

Por otra parte, hablamos del magnetismo terrestre para poder comprender las distintas anomalas que se presentan en nuestro planeta y poder de esa manera explicar una serie de procesos desencadenados a partir de esto.Esperamos que el desarrollo de este trabajo permita esclarecer nuestra visin con respecto a los temas citados.

RADIACTIVIDADI.-CONCEPTO : Es un fenmeno fsico por el cual losncleosde algunoselementos qumicos, llamados radiactivos, emitenradiacionesque tienen la propiedad de impresionar placas radiogrficas,ionizargases, producirfluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros. Debido a esa capacidad, se les suele denominarradiaciones ionizantes(en contraste con lasno ionizantes). Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnticas, en forma derayos Xorayos gamma, o bien corpusculares, como pueden serncleos de helio,electrones o positrones,protonesu otras. En resumen, es un fenmeno que ocurre en los ncleos de ciertos elementos, inestables, que son capaces de transformarse, o decaer, espontneamente, en ncleos atmicos de otros elementos ms estables.La radiactividadionizael medio que atraviesa. Una excepcin la constituye elneutrn, que posee carga neutra (igual carga positiva como negativa), pero ioniza la materiaen forma indirecta. En las desintegraciones radiactivas se tienen varios tipos de radiacin:alfa,beta,gammayneutrones libres.La radiactividad es una propiedad de losistoposque son "inestables", es decir, que se mantienen en unestado excitadoen sus capas electrnicas o nucleares, con lo que, para alcanzar suestado fundamental, deben perder energa. Lo hacen en emisiones electromagnticas o en emisiones de partculas con una determinadaenerga cintica. Esto se produce variando la energa de sus electrones (emitiendorayos X) o de susnucleones(rayo gamma) o variando el istopo (al emitir desde el ncleoelectrones,positrones, neutrones,protoneso partculas ms pesadas), y en varios pasos sucesivos, con lo que un istopo pesado puede terminar convirtindose en uno mucho ms ligero, como eluranioque, con el transcurrir de los siglos, acaba convirtindose enplomo.La radiactividad se aprovecha para la obtencin deenerga nuclear, se usa en medicina (radioterapiayradiodiagnstico) y en aplicaciones industriales (medidas de espesores y densidades, entre otras).

II.-TIPOS DE RADIACTIVIDASe comprob que la radiacin puede ser de tres clases diferentes, conocidas comopartculas,desintegracionesyradiacin:1. Partcula alfa: Son flujos de partculas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones (ncleos dehelio). Son desviadas por campos elctricos y magnticos. Son poco penetrantes, aunque muy ionizantes. Son muy energticas. Fueron descubiertas por Rutherford, quien hizo pasar partculas alfa a travs de un fino cristal y las atrap en un tubo de descarga. Este tipo de radiacin la emiten ncleos de elementos pesados situados al final de latabla peridica(A >100). Estos ncleos tienen muchos protones y la repulsin elctrica es muy fuerte, por lo que tienden a obtener N aproximadamente igual a Z, y para ello se emite una partcula alfa. En el proceso se desprende mucha energa, que se convierte en la energa cintica de la partcula alfa, por lo que estas partculas salen con velocidades muy altas.2. Desintegracin beta: Son flujos de electrones (beta negativas) opositrones(beta positivas) resultantes de la desintegracin de los neutrones o protones del ncleo cuando ste se encuentra en un estado excitado. Es desviada por campos magnticos. Es ms penetrante, aunque su poder de ionizacin no es tan elevado como el de las partculas alfa. Por lo tanto, cuando un tomo expulsa una partcula beta, su nmero atmico aumenta o disminuye una unidad (debido al protn ganado o perdido). Existen tres tipos de radiacin beta: laradiacin beta-, que consiste en la emisin espontnea de electrones por parte de los ncleos; laradiacin beta+, en la que un protn del ncleo se desintegra y da lugar a un neutrn, a un positrn o partcula Beta+ y un neutrino, y por ltimo la captura electrnica que se da en ncleos con exceso de protones, en la cual el ncleo captura un electrn de la corteza electrnica, que se unir a un protn del ncleo para dar un neutrn.3. Radiacin gamma: Se trata deondas electromagnticas. Es el tipo ms penetrante de radiacin. Al ser ondas electromagnticas de longitud de onda corta, tienen mayor penetracin y se necesitan capas muy gruesas deplomouhormignpara detenerlas. En este tipo de radiacin el ncleo no pierde su identidad, sino que se desprende de la energa que le sobra para pasar a otro estado de energa ms baja emitiendo los rayos gamma, o sea fotones muy energticos. Este tipo de emisin acompaa a las radiaciones alfa y beta. Por ser tan penetrante y tan energtica, ste es el tipo ms peligroso de radiacin.Las leyes de desintegracin radiactiva, descritas porFrederick SoddyyKasimir Fajans, son: Cuando un tomo radiactivo emite una partcula alfa, la masa del tomo (A) resultante disminuye en 4 unidades y el nmero atmico (Z) en 2. Cuando un tomo radiactivo emite una partcula beta, el nmero atmico (Z) aumenta o disminuye en una unidad y la masa atmica (A) se mantiene constante. Cuando un ncleo excitado emite radiacin gamma, no vara ni su masa ni su nmero atmico: slo pierde una cantidad de energah(donde "h" es la constante de Plancky "" es la frecuencia de la radiacin emitida).III.- DEFINICIN DE ISOTOPOSSe denominaistoposa lostomosde un mismoelemento, cuyos ncleos tienen una cantidad diferente deneutrones, y por lo tanto, difieren ennmero msico.La palabra istopo,delgriego: isos'igual, mismo'; tpos'lugar', "en mismo sitio") se usa para indicar que todos los tipos detomosde un mismoelemento qumico(istopos) se encuentran en el mismo sitio de latabla peridica. Los tomos que son istopos entre s son los que tienen igualnmero atmico(nmero deprotonesen el ncleo), pero diferentenmero msico(suma del nmero deneutronesy el de protones en el ncleo). Los distintos istopos de un elemento difieren, pues, en el nmero de neutrones.La mayora de los elementos qumicos tienen ms de un istopo. Solamente 21 elementos (por ejemploberilioosodio) poseen un solo istopo natural. En contraste, elestao es el elemento con ms istopos estables, 10.Otros elementos tienen istopos naturales, pero inestables, como eluranio, cuyos istopos puedentransformarse odecaeren otros istopos ms estables, emitiendo en el procesoradiacin, por lo que decimos que sonradiactivos.Los istopos inestables son tiles para estimar la edad de variedad de muestras naturales, comorocasymateria orgnica. Esto es posible, siempre y cuando, se conozca el ritmo promedio de desintegracin de determinado istopo, en relacin a los que ya han decado. Gracias a este mtodo de datacin, se conoce laedad de la Tierra.IV.- ISOTOPOS RADIACTIVOSLos radioistopos son istopos radiactivos ya que tienen unncleo atmicoinestable y emiten energa y partculas cuando se transforman (decaen) en un istopo diferente ms estable. La energa liberada al decaer puede detectarse con uncontador Geigero con unapelcula fotogrfica.La principal razn de la inestabilidad est en el exceso de protones o neutrones. Lafuerza nuclear fuerte, que une protones y neutrones entre s, requiere que la cantidad de neutrones y protones est cerca de cierta relacin. Cuando el nmero de neutrones es superior al que requiere esta relacin el tomo puede presentardecaimiento beta negativo. Cuando el tomo tiene un exceso de protones (defecto de neutrones) suele presentardecaimiento beta positivo. Esto sucede porque la fuerza nuclear fuerte residual depende de la proporcin de neutrones y protones. Si la relacin est muy sesgada hacia uno de los extremos la fuerza nuclear dbil responsable del decaimiento beta puede producir espordicamente la prdida de algn nuclen. Paranmeros atmicoselevados (Z> 80) tambin se vuelve frecuente ladesintegracin alfa(que casi es mucho ms frecuente cuando adems hay exceso de protones). Cada radioistopo tiene unperiodo de semidesintegracinosemividacaracterstico. La energa puede ser liberada principalmente en forma deradiacinalfa(partculasconstituidas por ncleos dehelio),beta(partculas formadas porelectronesopositrones)ogamma(energaen forma deradiacin electromagntica). Varios istopos radiactivos inestables y artificiales tienen usos en tcnicas deradioterapiaenmedicina. Por ejemplo, un istopo deltecnecio(99mTc, la "m" indica que es un ismero nuclearmetaestable) puede usarse para identificarvasos sanguneosbloqueados. Varios istopos radiactivos naturales se usan endatacin radiomtricapara determinarcronologas, por ejemplo,arqueolgicas.

V.-GEOQUIMICA ISOTOPICAEsta rama tiene un importantsimo papel en geologa. El enriquecimiento y empobrecimiento de ciertos istopos radiactivos de determinadas sustancias, y el conocimiento de las concentraciones relativas de sus masas; permite el conocimiento exacto de la antigedad correspondiente a las rocas que los contienen, y en ocasiones, emplearlos como geotermmetros.Por ejemplo, la medida de la proporcin entre los istopos de oxgeno-16 y oxgeno-18 presente en el carbonato clcico que segregan ciertos animales marinos en las partes esquelticas, est influido por la temperatura del agua en la que se desarrollaron. ste es el caso de las conchas calcreas de organismos fsiles cuyo anlisis isotpico permite estimar la temperatura a la que se encontraron los mares en aquella poca. Mediante este mtodo, se ha podido deducir las variaciones que presentaron los ocanos durante y entre las distintas glaciaciones, mediante el anlisis de los fragmentos esquelticos de organismos planctnicos fosilizados. La datacin absoluta de determinadas rocas en geocronologa, se basa en los anlisis radiomtricos de los minerales que las componen. Los mtodos de datacin absoluta se basan en el perfecto conocimiento del fenmeno radiactivo, mediante el cual un elemento radiognico (o elemento padre) disminuye su concentracin uniformemente a lo largo del tiempo, generando como resultado un nuevo elemento radiactivo (o elemento hijo). Cada uno de estos mtodos analiza las proporciones existentes entre dos elementos radiactivos (el elemento padre y el elemento hijo), como por ejemplo las proporciones existentes entre el uranio-238 y el plomo-206; entre el uranio-235 y el plomo-207; o la existente entre el potasio-40 y el argn-40. Cada uno de estos casos tiene una velocidad de desintegracin caracterstica, en el primer caso la vida media del U238 es de 4.510 m.a., la del U235 de 713 m.a. y el caso del K40 1.300 m.a.La peculiaridad por la cual cada elemento radiognico presenta una vida media de desintegracin diferente, caracteriza a cada elemento para un determinado uso. Los mtodos basados en istopos de uranio son los ms precisos, mientras que el mtodo de potasio-argn es el ms comn.El estudio de los istopos es de gran importancia porque nos permite determinar la edad de las rocas que contienen mineralizacin y de esta manera se pueden determinar la edad de dichas rocas; as como tambin la secuencia de formacin de los minerales y el origen de los mismos.El objetivo, es hacer una breve resea sobre los mtodos radiomtricos potasio-argn, rubidio-estroncio, del helio, plomo total, plomo/alpha, plomos isotpicos, del estroncio, argn y del calcio y carbono. Especialmente se pondr nfasis sobre las caractersticas que deben cumplir las muestras de minerales y rocas sobre las cuales se desea efectuar la datacin geolgica aplicando esos mtodos. Con el mismo se pretende lograr una mejor seleccin y coleccin de las muestras, as como tambin la eleccin del mtodo que ms se ajuste a las necesidades del caso bajo estudio.VI.-EL FRACCIONAMIENTO ISOTPICOLos sistemas naturales (o artificiales) evolucionan de manera que los istopos de cada elemento se distribuyen de forma heterognea entre las distintas fases y componentes, enriquecindose unos en istopos ligeros y otros en istopos pesados. En una sustancia, las molculas que lleva incorporados los istopos pesados tienen un comportamiento algo diferente al que tienen las molculas que incorporan los istopos ms ligeros. Estas diferencias de comportamiento dan lugar a lo que se conoce comofraccionamiento isotpico,el cual indica que la composicin isotpica de una especie molecular que interviene en un determinado proceso fsico o qumico originalmente es diferente de la especie resultante. Es decir, la especie molecular original y la resultante muestran pequeas diferencias en sus caractersticas fsicas y qumicas como consecuencia de sus diferencias de masa, por lo que las velocidades de reaccin o de cambio de estado tambin son diferentes.Los procesos fsicos, qumicos y biolgicos se pueden ver como reacciones reversibles en equilibrio o como reacciones cinticas unidireccionales irreversibles. Ambos tipos de reacciones pueden dar lugar a fraccionamientos isotpicos importantes.Elfactor de fraccionamiento(a)asociado con una reaccin de intercambio en equilibrio (AB) se define como:a= RA/ RB

Siendo R una relacin isotpica (p. ej.,15N/14N).En medios con condiciones de baja temperatura, los efectos que produce un fraccionamiento cintico unidireccional irreversible generalmente son ms importantes que los efectos que tienen lugar en un fraccionamiento en equilibrio. Los factores que intervienen en el fraccionamiento son muy variables y van adepender de: las velocidades de reaccin, de las concentraciones de los productos y reactantes, de las condiciones medioambientales, y de las especies del organismo.En general, los istopos ms altos reaccionan con ms facilidad, dando lugar a productos, isotpicamente, ms ligeros que los del sustrato original. En contraste, las reacciones en equilibrio (reversibles) pueden generar tanto productos ms pesados como ms ligeros que los del sustrato original.Losfactores de fraccionamiento cinticose pueden definir como:aP-S= RP/ RSdonde Rpy Rses la relacin isotpica del producto (p) y del sustrato (s) respectivamente (p. ej.,15N/14N).Entonces, elfactor de enriquecimiento isotpico,e, se podra definir comoeP-S= (a-1) x 1000Si la concentracin del reactivo es mayor y las fracciones son pequeas, entonces:eP-S~D=dP-dSDes elfraccionamiento aparente(otro trmino para expresar el factor de enriquecimiento), es decir, es la diferencia en los valores dedque se miden en el campo y en laboratorio.a(factor de fraccionamiento isotpico) ye(factor de enriquecimiento isotpico) se definen de forma diferente dependiendo de los autores. A veces se usan estos trminos para definir sistemas en equilibrio (p. ej., sp;aP-S= RP/RS). Sin embargo, en artculos de biologa, con frecuencia estos trminos aparecen definidos justo al revs de su uso normal con el fin de evitar usar valores dee