La Datación

Descubrimiento del engaño de Piltdown

Se aceptó el hombre de Piltdown como un hallazgo arqueológico importante en 1912 porque parecía el puente en la brecha evolutiva entre los monos y los humanos. No fue hasta 1953 cuando, con la ayuda de pruebas de datación con fluorina, se determinó que era una mandíbula de orangután unida a un cráneo humano, ambos medievales. Aquí, Alvan Marston explica que no es el eslabón perdido sino un sino un engaño muy elaborado.

Datación, en las ciencias de la tierra, métodos para determinar la edad de rocas y minerales. Aplicando la información obtenida, los geólogos pueden descifrar los 4.600 millones de años de historia de la Tierra (cronología). Los sucesos del pasado geológico (la elevación de las cordilleras montañosas, la apertura y el cierre de los mares, la inundación de zonas continentales o los cambios climáticos) quedan registrados en los estratos de la corteza terrestre.

DESARROLLO DE LOS MÉTODOS RELATIVOS Y ABSOLUTOS

Con las técnicas disponibles en la época, los geólogos del siglo XIX sólo podían componer una escala de tiempo relativa. Así, la edad de la Tierra y la duración de las unidades de esta escala permanecieron desconocidas hasta principios del siglo XX. Poco después del descubrimiento de la radiactividad, se desarrollaron los métodos radiométricos de datación. Con ellos, se pudo calibrar la escala relativa de tiempo geológico creando una absoluta.

La escala relativa se confeccionó aplicando los principios de la estratigrafía. Uno de ellos es la ley de la superposición que establece que, en una sucesión no perturbada de estratos, las capas más jóvenes yacen sobre las más antiguas.

Basándose en los fósiles que contienen, se pueden poner en correlación estratos de rocas de distintos lugares. Al establecer nuevas relaciones, los geólogos empezaron a componer grandes grupos que se convirtieron en el fundamento de la división del tiempo geológico en vastos bloques. De esta forma, se dividió la historia de la Tierra en cuatro eras (precámbrico, paleozoico, mesozoico y cenozoico); éstas, a su vez, fueron fragmentadas en periodos. Esta clasificación es fundamental en el estudio de la geología.

MÉTODOS ABSOLUTOS DE DATACIÓN

Aunque el desarrollo de las técnicas radiométricas fue el primer y principal gran progreso en el establecimiento de la escala absoluta de tiempo, se concibieron otros métodos con aplicaciones limitadas. Los más importantes fueron la dendrocronología, el análisis de varvas y las dataciones por hidratación y por termoluminiscencia.

Dendrocronología

Este método de datación de sucesos y condiciones del pasado reciente se basa en la cantidad, la extensión y la densidad de los anillos anuales de crecimiento de árboles longevos, lo que permite a los dendrocronólogos datar con precisión eventos y estados climáticos de los últimos 2.000 o 3.000 años.

Análisis de varvas

Es uno de los sistemas más antiguos para la determinación absoluta de edades. Fue desarrollado por científicos suecos a principios del siglo XX. Una varva es un lecho, o una sucesión de ellos, depositado en zonas de agua tranquila a lo largo de un año. Su cuenta y correlación se ha usado para medir edades de depósitos glaciares del pleistoceno. Dividiendo la velocidad de sedimentación, en unidades por año, por el número de unidades depositadas después de un evento geológico, los geólogos pueden establecer la antigüedad del suceso en años.

Datación por hidratación de obsidiana

Llamada también datación por el cerco de hidratación o de obsidiana. Se utiliza para calcular edades en años, determinando el grosor de las aureolas (anillos de hidratación) producidas por vapor de agua difundiéndose en superficies recién cortadas de cristales de obsidiana. Se puede aplicar a vidrios de entre 200 y 200.000 años.

Datación por termoluminiscencia (TL)

Este método se basa en el fenómeno de la radiación ionizante natural inducida sobre los electrones libres de un mineral que pueden quedar atrapados en los defectos de la estructura cristalina. Estos electrones escapan como termoluminescencia (o TL) cuando se calientan hasta una temperatura inferior a la de incandescencia. De esta forma, registrando la TL de un mineral como el cuarzo y suponiendo un nivel constante de radiación natural, se puede datar el último drenaje de electrones atrapados en los últimos cientos de miles de años. Cuando se aplica sobre vasijas de barro, por ejemplo, la muestra se calienta hasta que brilla con una energía que ha permanecido almacenada desde que fue cocida.

Datación radiométrica

Las técnicas radiométricas se desarrollaron después del descubrimiento de la radiactividad en 1896. Los ritmos regulares de desintegración de los elementos radiactivos inestables resultaron ser relojes virtuales en el interior de las rocas terrestres.

Datación con carbono 14

Todos los organismos vivos absorben carbono radiactivo, forma inestable de carbono que tiene una vida media de unos 5.730 años. Durante su vida, un organismo renueva de forma continua su provisión de radiocarbono al respirar y al comer. Tras su muerte, el organismo se convierte en un fósil y el carbono 14 decae sin ser reemplazado. Para medir la cantidad de carbono 14 restante en un fósil, los científicos incineran un fragmento pequeño para convertirlo en gas de dióxido de carbono. Se utilizan contadores de radiación para detectar los electrones emitidos por el decaimiento de carbono 14 en nitrógeno. La cantidad de carbono 14 se compara con la de carbono 12, forma estable del carbono, para determinar la cantidad de radiocarbono que se ha desintegrado y así datar el fósil.

Los elementos radiactivos, como el uranio (U) y el torio (Th), se desintegran de forma espontánea formando distintos isótopos del mismo elemento (los isótopos son átomos de cualquier elemento que difieren con respecto a él en su masa, pero que poseen sus mismas propiedades químicas y ópticas).

Esta desintegración se acompaña de la emisión de radiación o partículas (rayos alfa, beta o gamma) desde el núcleo por captura nuclear o por liberación de electrones ligados. Algunos isótopos se convierten en un producto estable, o isótopo hijo, en un solo paso (el carbono 14, por ejemplo), mientras que otros necesitan varias etapas hasta estabilizarse; es el caso del uranio 235, del uranio 238 y del torio 232. Si un isótopo hijo es estable, se acumula hasta que el isótopo padre desaparece. Si es radiactivo, se alcanza el equilibrio cuando se desintegra a la misma velocidad con la que se forma.

La desintegración radiactiva puede realizarse de varias maneras. Así, si se produce por emisión alfa, el isótopo pierde dos protones y dos neutrones que juntos componen la partícula alfa; su número atómico (cantidad de protones) disminuye en dos y su masa atómica (cantidad de partículas nucleares, o nucleones) en 4. En la desintegración beta, o pérdida de un electrón, un núcleo radiactivo gana o pierde una unidad de carga eléctrica sin cambiar su número de nucleones. Hay más sustancias radiactivas emisoras de rayos beta que de rayos gamma.

Un tercer modo importante de desintegración implica la captura de un electrón que, al ser absorbido por un núcleo, se une con un protón para formar un neutrón. Así, el número atómico se reduce en uno mientras que la masa atómica no cambia. El cuarto tipo de desintegración, la radiación gamma, consiste en la emisión de ondas de energía electromagnética.

Los científicos describen la radiactividad de un elemento en función de su vida media (tiempo que tarda en perder la mitad de su actividad por desintegración). Ésta cubre un rango muy extenso de tiempo, desde los pocos microsegundos hasta miles de millones de años. Al final del periodo de vida media, la mitad de la cantidad original del elemento radiactivo ha decaído; después de otro periodo igual, lo que quedaba se reduce de nuevo a la mitad, lo que reduce a una cuarta parte el total inicial, y así sucesivamente. Cada elemento radiactivo tiene su propia vida media, por ejemplo, la del carbono 14 es de 5.730 años y la del uranio 238 de 4.500 millones de años.

Las técnicas de datación radiométrica se basan en series de desintegración con tasas constantes de decaimiento de los isótopos. Desde que una cantidad de un elemento radiactivo se incorpora a un cristal de mineral en crecimiento, ésta empieza a disminuir a un ritmo fijo, creándose un porcentaje determinado de productos derivados en cada intervalo de tiempo. Estos “relojes de las rocas” son los cronómetros de los geólogos.

Método del carbono 14

Willard Frank Libby

El químico estadounidense Willard Frank Libby fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1960 por sus trabajos sobre el método de datación del carbono 14, un método para determinar la edad aproximada de los restos orgánicos prehistóricos.

Las técnicas de datación con radiocarbono, desarrolladas en un primer momento por el químico estadounidense Willard Frank Libby y sus colaboradores de la Universidad de Chicago en 1947, suelen ser útiles para la datación en arqueología, antropología, oceanografía, edafología, climatología y geología reciente.

Por medio de la actividad metabólica, el nivel de carbono 14 en un organismo vivo se mantiene en equilibrio la atmósfera o con el de otras partes de la reserva dinámica terrestre, como el océano. A partir de la muerte del organismo, el isótopo radiactivo empieza a desintegrarse a un ritmo conocido sin ser reemplazado por el carbono del dióxido de carbono atmosférico. Su rápida desintegración limita, en general, el periodo de datación a unos 50.000 años, aunque a veces se extienda el método hasta 70.000 años. La incertidumbre de la medida aumenta con la antigüedad de la muestra.

Aunque el método se adapta a una gran variedad de materiales orgánicos, su precisión depende del valor usado para la vida media de las variaciones en las concentraciones atmosféricas de carbono 14 y de la contaminación. En 1962, la vida media del radiocarbono fue redefinida desde 5.570 ± 30 años a 5.730 ± 40 años; por ello, algunas determinaciones anteriores requieren un ajuste, y debido a la radiactividad introducida en los últimos años en la atmósfera, las dataciones de radiocarbono se calculan desde 1950. La escala temporal del carbono 14 contiene otras fuentes de incertidumbre que pueden producir errores entre 2.000 y 5.000 años. El problema más grave es la contaminación posterior al depósito, que puede estar causada por filtración de agua subterránea, por incorporación de carbono más antiguo o más joven, y por captación de impurezas en el terreno o en el laboratorio.

Método del potasio-argón

Se aprovecha la desintegración del potasio radiactivo a argón para la datación de rocas. También se produce la transformación del potasio 40 en calcio 40, pero no es útil en este caso. Los geólogos pueden datar muchas muestras con este sistema debido a la abundancia del potasio en micas, feldespatos y hornblendas. El derrame de argón es problemático si la roca ha sido expuesta a temperaturas superiores a 125 °C; en tal caso, la edad calculada será la del último calentamiento y no la de la formación original.

Método del rubidio-estroncio

Usado en la datación de antiguas rocas terrestres ígneas y metamórficas así como de muestras lunares. Este método se basa en la desintegración beta de rubidio 87 a estroncio 87. Se suele usar para verificar fechas calculadas con potasio-argón, debido a que el estroncio derivado no se difunde tras un calentamiento suave como hace el argón.

Métodos con torio 230

Los métodos basados en la proporción de torio se utilizan en dataciones de sedimentos oceánicos demasiado antiguos para poder utilizar las técnicas con radiocarbono. Con el tiempo, el uranio del agua del mar decae en el isótopo torio 230 (también llamado ionio) que se precipita en los sedimentos del fondo oceánico. Puesto que se ha desintegrado durante más tiempo, los científicos detectan una disminución de la concentración en niveles superiores, se puede desarrollar una escala temporal.

El torio 230, que forma parte de la serie de desintegración del uranio 238, tiene una vida media de 80.000 años. La del protactinio 231, derivado del uranio 235, es de 34.300 años. Ambos elementos precipitan con las mismas proporciones pero a velocidades diferentes. Su relación varía con el tiempo, mostrando diferencias mayores en los sedimentos más antiguos.

El método de datación del ionio-torio, aplicado a muestras del fondo marino formadas en los últimos 300.000 años, se basa en el supuesto de que el contenido inicial de ionio en los sedimentos acumulados ha permanecido constante en toda la sección estudiada y que no deriva de la desintegración de uranio. La antigüedad de la muestra depende del exceso de ionio, ya que éste decrece con el tiempo.

En el método del déficit de ionio, el cálculo de la edad de un fósil de concha o coral, entre 10.000 y 250.000 años, se basa en el aumento de ionio hacia un equilibrio con el uranio 238 y 224, que entran en el carbonato poco después de su formación o entierro. Se pueden usar relaciones de desequilibrio similares para evaluar edades de carbonatos en tierra; esta técnica es un complemento de la metodología del carbono 14.

Métodos con plomo

La edad plomo-alfa se estima determinando, con técnicas espectrográficas, el contenido total de plomo y de radiactividad alfa (derivada de la transición uranio-torio) en concentrados de circón, monacita o xenotima. El método plomo-alfa, o de Larsen, se aplica en rocas posteriores al precámbrico. En la técnica del uranio-plomo, la antigüedad de un material geológico se calcula basándose en la velocidad conocida de la transformación radiactiva de uranio 238 en plomo 206 y de uranio 235 en plomo 207. Emparejándolo con el ritmo de desintegración de torio 232 en plomo 208, se pueden obtener tres medidas independientes de la edad de una misma muestra. La razón entre las concentraciones calculadas de plomo 206 y 207 se convierte en una edad llamada plomo-plomo. Este método se aplica mejor en materiales precámbricos. Además, se puede calcular una edad uranio-uranio, derivada de la proporción entre uranio 235 y 238, calculada como un subproducto de la técnica de datación del uranio-torio-plomo.

Datación por trazas de fisión

Esta técnica, también conocida como método de las trazas de fisión espontánea, se sirve de los rastros de las trayectorias de partículas nucleares en un mineral por la fisión espontánea de impurezas de uranio 238. La edad se calcula determinando la razón entre las densidades de trazas de fisión espontánea y las de fisión inducida. Este método proporciona los mejores resultados en micas, tectitas y meteoritos. Se ha usado para asistir en dataciones de 40.000 a 1 millón de años, intervalo no cubierto por las técnicas del carbono 14 y del potasio-argón. Sin embargo, las rocas sometidas a altas temperaturas o a bombardeo de rayos cósmicos pueden producir fechas erróneas.

Avances recientes

Existen nuevas técnicas utilizadas para datar depósitos de rocas determinando concentraciones de isótopos de renio y osmio.