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Acerca de la datación isotópica: barras de medida para el tiempo geológico

Acerca de la datación isotópica: barras de medida para el tiempo geológico

El trabajo de los geólogos es contar la verdadera historia de la historia de la Tierra, más precisamente, una historia de la historia de la Tierra que es cada vez más cierta. Hace cien años, teníamos poca idea de la longitud de la historia; no teníamos un buen criterio para el tiempo. Hoy, con la ayuda de los métodos de datación isotópica, podemos determinar las edades de las rocas casi tan bien como mapeamos las rocas mismas. Por eso, podemos agradecer la radiactividad, descubierta a principios del siglo pasado.

La necesidad de un reloj geológico

Hace cien años, nuestras ideas sobre las edades de las rocas y la edad de la Tierra eran vagas. Pero obviamente, las rocas son cosas muy viejas. A juzgar por la cantidad de rocas que hay, más las tasas imperceptibles de los procesos que las forman (erosión, entierro, fosilización, levantamiento), el registro geológico debe representar millones de años incontables. Es esa idea, expresada por primera vez en 1785, lo que convirtió a James Hutton en el padre de la geología.

Entonces sabíamos sobre el "tiempo profundo", pero explorarlo era frustrante. Durante más de cien años, el mejor método para organizar su historia fue el uso de fósiles o bioestratigrafía. Eso solo funcionó para rocas sedimentarias y solo algunas de ellas. Las rocas de la época precámbrica tenían solo los mechones más raros de fósiles. ¡Nadie sabía ni siquiera cuánto de la historia de la Tierra era desconocida! Necesitábamos una herramienta más precisa, algún tipo de reloj, para comenzar a medirlo.

El surgimiento de las citas isotópicas

En 1896, el descubrimiento accidental de radioactividad de Henri Becquerel mostró lo que podría ser posible. Aprendimos que algunos elementos experimentan desintegración radiactiva, cambiando espontáneamente a otro tipo de átomo mientras emiten una explosión de energía y partículas. Este proceso ocurre a una velocidad uniforme, tan estable como un reloj, no afectado por las temperaturas ordinarias o la química ordinaria.

El principio de usar la desintegración radiactiva como método de datación es simple. Considere esta analogía: una parrilla de barbacoa llena de carbón encendido. El carbón quema a un ritmo conocido, y si mide cuánto carbón queda y cuánta ceniza se ha formado, puede saber cuánto tiempo hace que se encendió la parrilla.

El equivalente geológico de encender la parrilla es el momento en que se solidificó un grano mineral, ya sea hace mucho tiempo en un granito antiguo o solo hoy en un flujo de lava fresca. El grano mineral sólido atrapa los átomos radiactivos y sus productos de descomposición, lo que ayuda a garantizar resultados precisos.

Poco después de que se descubrió la radiactividad, los experimentadores publicaron algunas fechas de prueba de rocas. Al darse cuenta de que la descomposición del uranio produce helio, Ernest Rutherford en 1905 determinó la edad de un trozo de mineral de uranio midiendo la cantidad de helio atrapado en él. Bertram Boltwood en 1907 usó plomo, el producto final de la descomposición del uranio, como un método para evaluar la edad del mineral uraninita en algunas rocas antiguas.

Los resultados fueron espectaculares pero prematuros. Las rocas parecían ser asombrosamente viejas, con edades comprendidas entre 400 millones y más de 2 mil millones años. Pero en ese momento, nadie sabía sobre isótopos. Una vez que se explicaron los isótopos, durante la década de 1910, quedó claro que los métodos de datación radiométrica no estaban listos para el horario estelar.

Con el descubrimiento de los isótopos, el problema de la datación volvió al punto de partida. Por ejemplo, la cascada de descomposición de uranio a plomo es realmente dos desintegraciones de uranio-235 a plomo-207 y uranio-238 a plomo-206, pero el segundo proceso es casi siete veces más lento. (Eso hace que la datación con uranio-plomo sea especialmente útil). Se descubrieron otros 200 isótopos en las próximas décadas; aquellos que son radiactivos tuvieron sus tasas de descomposición determinadas en minuciosos experimentos de laboratorio.

En la década de 1940, este conocimiento fundamental y los avances en los instrumentos permitieron comenzar a determinar fechas que significan algo para los geólogos. Pero las técnicas todavía están avanzando hoy porque, con cada paso adelante, se pueden formular y responder una serie de nuevas preguntas científicas.

Métodos de datación isotópica

Hay dos métodos principales de datación isotópica. Uno detecta y cuenta los átomos radiactivos a través de su radiación. Los pioneros de la datación por radiocarbono utilizaron este método porque el carbono 14, el isótopo radiactivo del carbono, es muy activo y se descompone con una vida media de solo 5730 años. Los primeros laboratorios de radiocarbono se construyeron bajo tierra, utilizando materiales antiguos de antes de la década de 1940 de contaminación radiactiva, con el objetivo de mantener baja la radiación de fondo. Aun así, puede tomar semanas de conteo de pacientes para obtener resultados precisos, especialmente en muestras antiguas en las que quedan muy pocos átomos de radiocarbono. Este método todavía se usa para isótopos escasos y altamente radiactivos como el carbono 14 y el tritio (hidrógeno-3).

La mayoría de los procesos de desintegración de interés geológico son demasiado lentos para los métodos de conteo de desintegraciones. El otro método se basa en contar los átomos de cada isótopo, no esperar a que algunos de ellos se descompongan. Este método es más difícil pero más prometedor. Implica preparar muestras y pasarlas a través de un espectrómetro de masas, que las separa átomo por átomo de acuerdo con el peso tan claramente como una de esas máquinas de clasificación de monedas.

Por ejemplo, considere el método de datación de potasio-argón. Los átomos de potasio vienen en tres isótopos. El potasio-39 y el potasio-41 son estables, pero el potasio-40 sufre una forma de descomposición que lo convierte en argón-40 con una vida media de 1,277 millones de años. Por lo tanto, cuanto más antigua sea una muestra, menor será el porcentaje de potasio-40, y por el contrario, mayor será el porcentaje de argón-40 en relación con el argón-36 y el argón-38. Contar unos pocos millones de átomos (fácil con solo microgramos de roca) arroja fechas que son bastante buenas.

La datación isotópica ha subrayado todo el siglo de progreso que hemos logrado en la verdadera historia de la Tierra. ¿Y qué pasó en esos miles de millones de años? Es tiempo suficiente para adaptarse a todos los eventos geológicos de los que hemos oído hablar, con miles de millones sobrantes. Pero con estas herramientas de citas, hemos estado ocupados mapeando mucho tiempo, y la historia se vuelve más precisa cada año.