La producción de nucleidos cosmogénicos in situ (3He,10Be, 14C, 21Ne, 26Al, 36Cl, 55Mn, según la litología con la que interaccionen las partículas) se debe a la interacción de los rayos cósmicos secundarios generados en la atmósfera, principalmente neutrones y muones, con los átomos de las superficies expuestas. De esta manera es posible calcular el tiempo de exposición de la superficie o, de manera inversa, la tasa de erosión siempre que ésta se encuentre en estado estacionario, ya que la concentración del nucleido alcanza el equilibrio secular para una tasa de erosión dada.

Los gases nobles, dada su escasa abundancia y reactividad química, son excelentes trazadores de todo tipo de procesos físicos, especialmente en el campo de las ciencias planetarias. El Ne cosmogénico, producido mediante las reacciones Si(n,4pxn)Ne, se aloja en la red cristalina del cuarzo y se suma al reservorio de Ne ya existente en la roca, con una composición isotópica que refleja las condiciones de cristalización del mineral y la producción debida a la descomposición de los minerales radioactivos. El Ne cosmogénico tiene una relación isotópica definida que hace que siga una recta de producción de pendiente conocida a partir de la composición ya existente en el mineral. Para discernir los distintos componentes del Ne existentes en la roca, es preciso la medida de los tres isótopos del Ne (20Ne, 21Ne, 22Ne) mediante la Espectrometría de Masas de Gases Nobles. La medida de la liberación del gas a distintas temperaturas posibilita la cuantificación del componente cosmogénico, ya que este es liberado a temperaturas menores al estar menos ligado a la red cristalina que los otros componentes.

La concentración medida de 21Ne cosmogénico puede proporcionar importante información geomorfológica siempre y cuando exista una correcta identificación del origen de la superficie muestreda. Esto es debido a que la acumulación del 21Ne cosmogénico está límitada solamente por la erosión, (figura 1). Si existen razones para inferir que la erosión sufrida por la superficie ha sido nula desde su exposición (como p.ej, identificación de microrrasgos de abrasión glaciar) podemos interpretar la concentración como la edad de exposición de la superficie. En otro caso, la interpretación más correcta es en términos de la máxima tasa de erosión estacionaria sufrida por la superficie que permite acumular la cantidad medida de 21Ne cosmogénico. De forma general, la erosión obtenida de esta manera será más cercana a la real para exposiciones más prolongadas.

Figura 1: Valores calculados de tiempos efectivos de exposición en función de la erosión. «Stable» se refiere a nucleidos no radioactivos como 3He o 21Ne.

La cuantificación de las abundancias de gases nobles en matrices minerales se realiza por medio de la Espectrometría de Masas de Gases Nobles (NG-MS). El equipo del que dispone la Unidad es un sistema Thermo Instruments HELIX. Es un espectrómetro de masas de sector magnético, equipado con una fuente de ionización de impacto electrónico (tipo Nier) y un sistema de detección con 5 detectores duales de copa de Faraday y multiplicadores de electrones. La medida se realiza sin gas portador, es decir, en modo estático a volumen constante.

Para extraer los gases de las matrices se calientan los minerales, lo que permite la liberación secuencial de gas en función de su localización en la red cristalina. En el caso del Ne cosmogénico, por ejemplo, este componente se libera a temperaturas de entre 600ºC y 700ºC. La baja concentración de 21Ne cosmogénico hace imprescindible contar con una técnica que asegure pequeños blancos analíticos. Por ello, tanto la línea de extracción y purificación de gases como el propio espectrómetro son totalmente metálicos con el fin de prevenir la difusión de gas hacia el interior de la línea. El horno de extracción (VG5400) permite obtener blancos de composición atmosférica que corresponden a unos 2x107 átomos de 20Ne a temperatura ambiente y el doble a 1000ºC. Tanto la línea como el espectrómetro se mantienen a alto vacío (< 5x10-9 Torr). La línea está dividida en sectores, cada uno con su indicador de presión para controlar el progreso de la extracción del gas y su purificación, en las que el gas extraído se expande secuencialmente una vez que finaliza la purificación en cada sector.

La luminiscencia se fundamenta en que los cristales minerales acumulan defectos electrónicos debido a la interacción con la radiación ionizante ambiental. Esta acumulación es proporcional al tiempo de interacción y origina una señal que se puede medir en el laboratorio. El rango temporal que abarca esta técnica permite datar materiales desde unas pocas decenas de años hasta los 300-500 Ka en función de las características de la muestra. El mecanismo básico de la luminiscencia es la liberación de fotones debido a transiciones electrónicas de electrones localizados en pozos más o menos estables de potencial (figura 1). En este proceso, a nivel atómico, intervienen mecanismos cuánticos. Los minerales que se emplean en esta técnica, fundamentalmente cuarzo y feldespato, deben haber sido expuestos a la luz solar (Luminiscencia estimulada Ópticamente u OSL) o al calor (Termoluminiscencia o TL) durante el tiempo suficiente para que la señal acumulada desde su formación o anterior exposición sea eliminada. La exposición del mineral (evento bleaching) determina que el reloj luminiscente parta de tiempo cero o de otro nivel, que será necesario conocer para que la datación sea exacta.

Figura 1. Mecanismo de creación do sinal luminescente nos minerais

Para poder datar un mineral es necesario cuantificar dos magnitudes: la Paleodosis y la Dosis anual. La Paleodosis es la dosis acumulada en el material a datar. Se mide en un lector de luminiscencia, dónde se produce la excitación de los electrones acumulados en los defectos electrónicos con la subsiguiente emisión de luz. La emisión luminosa se expresa en radiación mediante la comparación de la emisión producida por diversas dosis proporcionadas en el laboratorio sobre la misma muestra.

La otra magnitud necesaria para la datación es la dosis que recibe el mineral por unidad de tiempo, conocida como Dosis Anual, y se mide en el entorno inmediato del mismo. Depende fundamentalmente de la concentración en U, Th y K de la matriz dónde se encuentran los minerales a datar y, en mucho menor medida, de la radiación cósmica que penetra en el sedimento. La variación de las concentraciones de los nucleidos de las cadenas radiactivas a lo largo del tiempo repercuten en el cálculo de la Dosis anual, ya que indican que el sistema ha sido alterado y de que la dosis anual ha podido variar durante el periodo de enterramiento del mineral.

La medida de la luminiscencia es obtenida mediante un Lector de Luminiscencia. Para ello, el laboratorio de luminiscencia de la Unidad de Geocronología del Instituto Universitario de Geología de la Universidade da Coruña cuenta con un equipo automático Risoe-15 equipado con un fotomultiplicador EMI 9635 QA y con una fuente de radiación beta de 90Sr/90Y calibrada. En este equipo los minerales a datar son estimulados por medio de calor o a través de luz. Para ello, el lector de luminiscencia está equipado con un termopar y con diodos de LEDs que emiten en la banda del azul y con diodos que emiten en el infrarojo. El termopar se utiliza para someter la muestra a medidas de termoluminiscencia, así como a algunos tratamientos térmicos requeridos para las medidas de OSL. Los diodos azules, son los utilizados en la medida de OSL del cuarzo y los IR para los feldespatos (IRSL). Una vez estimulada la muestra, la emisión de luminiscencia es medida por el fotomultiplicador.