Tratamiento de circón por el método de abrasión química para disminuir la discordancia en la datación in-situ por el método de U-Pb

Abstract

El circón (ZrSiO4) es un mineral que se puede encontrar en rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias. Es comúnmente utilizado en geocronología para fechamiento por U-Pb, así como para complementar investigaciones geoquímicas que pueden implicar la datación de la evolución de la corteza, correlaciones estratigráficas o edad máxima de deposición.

Aunque la datación por U-Pb es un método muy eficaz, se ha demostrado que el U y Th presentes en la estructura del circón provocan daños estructurales al cristal por decaimiento natural. En las zonas donde hay una concentración mayor de U y Th se expulsa una mayor cantidad de Pb provocando daños a la estructura cristalina, además dicha perdida de Pb es una de las causas que disminuye la exactitud y precisión en la datación provocando discordancias.

Este trabajo tiene como objetivo emplear el método de abrasión química en diferentes experimentos a presión ambiental utilizando HF y HNO3 calentados sobre una parrilla en viales de marca Savillex a distintas horas de exposición, con la finalidad de remover zonas del circón donde existe perdida de Pb, lo cual ocasiona discordancia en la datación de los granos. El desarrollo de estos experimentos son un complemento a estudios realizados anteriormente, por lo que a diferencia de estos se utilizaron granos de circón con diferentes orígenes al igual que granos estándares.

Para el desarrollo de los experimentos se realizó la separación de los granos, posteriormente se recocieron dentro de una mufla a 900ºC ± 2º C, luego los granos se colocaron dentro de viales sobre una parrilla a 180ºC conteniendo soluciones de HF 17mL y HNO3 0.5mL hasta su evaporación a 12h y 24h, después de este proceso se colocó una solución de 5mL de agua desionizada + 5mL de HCl dentro del vial para enjuagar los granos procediendo a evaporarse nuevamente sobre la parrilla. Una vez concluidos los experimentos, las muestras se analizaron por LA-ICPMS (Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry).

Para analizar los resultados del espectrómetro de masas se realizaron gráficos de concordia, de cajas y bigotes, así como prueba-t y análisis ANOVA. Con la finalidad de representar gráfica y estadísticamente la perdida de Pb se elaboraron los gráficos de cajas y bigotes, en los que se observa que las muestras NWB y PVSH tienen una pérdida mayor de Pb común a mayor tiempo de tratamiento mientras que en las demás esta condición no se cumple. Por otro lado, los gráficos de concordia muestran que a mayor tiempo de exposición en los ácidos los datos son más concordantes.

Se complementó este trabajo con una prueba de medias (prueba-t) y análisis ANOVA a fin de ser usada como una métrica para validar estadísticamente la hipótesis presentada en este trabajo, donde se obtuvo que para la prueba-t la mayoría de los experimentos no alcanzan el 90% de confianza excepto para 2 (F_24h y P_12h) mientras que el análisis ANOVA muestra que no hay diferencias entre las medias de los experimentos a excepción del experimento P.

La pérdida de Pb común representada por los gráficos de cajas y bigotes no tiene una relación significativa con los análisis de medias del porcentaje de concordancia entre los experimentos a diferentes horas. Los análisis de t de student y ANOVA no permitieron rechazar la hipótesis nula en lo general. Por su parte los gráficos de concordia demuestran ser mas concordantes a mayor tiempo de exposición, pero sin ser suficientemente robustos para rechazar la hipótesis nula.

Finalmente, el método de abrasión química para la eliminación de discordancia por la pérdida de plomo no mostró una clara mejoría para este propósito bajo las condiciones en las que se elaboró cada experimento.

Zircon (ZrSiO4) is a mineral that can be found in igneous, metamorphic, and sedimentary rocks. It is commonly used in geochronology for U-Pb dating, as well as to complement geochemical investigations that may involve dating crustal evolution, stratigraphic correlations, or maximum deposition age.

Although U-Pb dating is a very effective method, it has been shown that the U and Th present in the zircon structure cause structural damage to the crystal by natural decay. In areas where there is a higher concentration of U and Th, a greater amount of Pb is expelled, causing damage to the crystalline structure. In addition, said loss of Pb is one of the causes that decreases the accuracy and precision in dating, causing discordance.

This work aims to use the chemical abrasion method in different experiments at ambient pressure using HF and HNO3 heated in Savillex brand vials on a hotplate for different times, in order to remove areas of the zircon where there is a loss of Pb, which causes discordance in the dating of the grains. The development of these experiments is a complement to studies carried out previously, so unlike these, zircon grains with different origins were used as well as standard grains.

In the experiments, the grains were separated, then they were annealed in a muffle furnace at 900ºC ± 2ºC, then the grains were placed in vials on a hotplate at 180ºC containing 17mL HF and 0.5mL HNO3 solutions until evaporation at 12 and 24h. After this process a solution of 5mL deionized water + 5mL HCl was placed inside the vial to rinse the grains, proceeding to evaporation again on the hotplate. Once the experiments were completed, the samples were analyzed by LA-ICPMS (Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry).

To analyze the results from the mass spectrometer, concordia and box and whisker plots were made, as well as t-test and ANOVA analyses. In order to graphically and statistically represent the loss of Pb, box and whisker graphs were made, in which it is observed that the NWB and PVSH samples have greater loss of common Pb at longer treatment times whereas in the others, longer treatment did not cause greater loss of common Pb. On the other hand, the concordia graphs show that the longer the acid exposure time, the more concordant the data.

This work was complemented with a t-test and ANOVA analysis in order to be used as a metric to statistically validate the hypothesis presented in this work. For the t-test most of the experiments did not reach 90% confidence except for 2 (F_24h and P_12h), whereas the ANOVA analysis shows that there are no differences between the means of the experiments except for experiment P.

The loss of common Pb represented by the box and whisker plots does not have a significant relationship with the analysis of means of the percentage of concordance between the experiments at different times. The Student's t-test and ANOVA did not allow us to reject the null hypothesis in general. The concordia graphs prove to be more concordant with a longer exposure time, but without being robust enough to reject the null hypothesis.

Finally, the chemical abrasion method for the removal of discordance due to lead loss did not result in clear improvement under the conditions in which each experiment was carried out.