Meteorización de silicatos en Marte : el litio y sus isótopos como trazadores geoquímicos

Abstract

La geoquímica isotópica del Litio (Li) ha experimentado un crecimiento importante en los últimos años. Es una técnica de análisis isotópico que proporciona información acerca de los flujos derivados de la meteorización de silicatos provenientes de diferentes áreas. Dicha técnica nos permite discriminar entre los procesos de meteorización química, ligados esencialmente a las variaciones del CO2 atmosférico, y de meteorización física, asociados a procesos tectónicos.

El Li está presente en concentraciones del orden de ppm en la mayoría de los minerales del basalto donde, debido a su pequeño radio iónico, sustituye al Mg+2 en las estructuras cristalinas [1, 2]. Los dos isótopos estables del Li, 6Li y 7Li, presentan una apreciable diferencia de masa atómica produciendo fraccionamiento isotópico en las fases secundarias resultantes del proceso de meteorización, proporcionando información relevante de los mecanismos y condiciones físico-químicas en que tuvo lugar [3, 4]. La disolución de los minerales primarios de las rocas ígneas no produce por sí misma un fraccionamiento apreciable [5], éste tiene lugar como resultado de los procesos de intercambio de iones entre el agua y los minerales secundarios resultantes del proceso de meteorización, principalmente arcillas [6, 7]. Las arcillas incorporan preferentemente el isótopo ligero en su estructura y dan lugar progresivamente a una firma isotópica más pesada en la fase líquida. Sin embargo, este proceso actúa siempre en el mismo sentido, los valores finales del fraccionamiento isotópico son muy dependientes del proceso concreto de meteorización que ocurre en cada sistema y, en particular, de la influencia de factores como la temperatura, pH, o condiciones redox. El acoplamiento entre estos factores condicionan selectivamente el tipo y cantidad de minerales secundarios, como resultado de los procesos de cristalización-disolución asociados a la meteorización química y por tanto, a la evolución isotópica del Li en el sistema.

A xeoquímica isotópica do Litio (Li) experimentou un crecemento importante nos últimos anos. É unha técnica de análise isotópica que proporciona información acerca dos fluxos derivados da meteorización de silicatos provenientes de diferentes áreas. A devandita técnica permítenos discriminar entre os procesos de meteorización química, ligados esencialmente ás variacións do CO2 atmosférico, e de meteorización física, asociados a procesos tectónicos.

O Li está presente en concentracións da orde de ppm na maioría dos minerais do basalto onde, debido ao seu pequeno radio iónico, substitúe o Mg+2 nas estruturas cristalinas [1, 2]. Os dous isótopos estables do Li, 6Li e 7Li, presentan unha apreciable diferenza de masa atómica producindo fraccionamento isotópico nas fases secundarias resultantes do proceso de meteorización, proporcionando información relevante dos mecanismos e condicións físico-químicas en que tivo lugar [3, 4]. A disolución dos minerais primarios das rochas ígneas non produce por si mesma un fraccionamento apreciable [5], este ten lugar como resultado dos procesos de intercambio de ións entre a auga e os minerais secundarios resultantes do proceso de meteorización, principalmente arxilas [6, 7]. As arxilas incorporan preferentemente o isótopo lixeiro na súa estrutura e dan lugar progresivamente a unha firma isotópica máis pesada na fase líquida. Non obstante, este proceso actúa sempre no mesmo sentido, os valores finais do fraccionamento isotópico son moi dependentes do proceso concreto de meteorización que acontece en cada sistema e, en particular, da influencia de factores como a temperatura, pH, ou condicións redox. O acoplamento entre estes factores condicionan selectivamente o tipo e cantidade de minerais secundarios, como resultado dos procesos de cristalización-disolución asociados á meteorización química e polo tanto, á evolución isotópica do Li no sistema.

Lithium (Li) isotope geochemistry has experienced a significant growth in recent years. It is an isotopic analysis technique that provides important information about the flows derived from weathering of silicates of different sources. This technique allows us discrimination between chemical weathering processes, linked essentially to variations in CO2 atmospheric associated to climate changes, and physical weathering induced by tectonic processes.

Usually, Li is present in concentrations on the ppm range in most of basalt bearing minerals where, due to its small ionic radius, replaces Mg2+ in the crystal structures of primary silicates of igneous rocks [1, 2]. Both stable isotopes of Li, 6Li and 7Li, have important differences in relative mass resulting in a significant isotopic fractionation in the solid phases derived from the weathering processes, providing important clues about chemical weathering processes [3, 4]. Although, the dissolution of primary minerals in igneous rocks by itself does not produce appreciable fractionation [5], the isotopic fractionation occurs as a result of ion exchange processes between water and secondary minerals derived from weathering process, mainly clays [6, 7]. These clays lead the preference incorporation of the lighter isotope in the structure and progressively produce a heavier isotopic signature in the liquid phase. Despite this process always acts in the same direction, the final isotopic fractionation values are highly dependent of the particular weathering process that occurs in each system and, in particular, of the influence of factors such as temperature, pH, or redox conditions. The coupling between these factors determines the type and the amount of secondary minerals resulting from dissolution-crystallization processes associated with the chemical weathering and hence, the isotopic evolution of Li in the system.