Locos por la Geología

Hoy vamos a avanzar en la medición del tiempo geológico que entrega valores absolutos, aunque son absolutamente estimativos. Ya les expliqué antes a qué se refiere el término y no lo repetiré aquí, como no repetiré nada ya expresado, de modo que por favor sigan cada link que les iré dejando.

No voy a referirme a todos los métodos posibles, sino que tomaré uno muy clásico que los va a orientar en la comprensión de los demás, específicamente el método de Uranio-Plomo, que es uno de los más antiguos que se vienen aplicando. Por otra parte lo explicaré de modo muy simplificado ya que éste es un blog básicamente para difundir el conocimiento entre los legos que se interesen en él, pese a que también hay un lugarcito para colegas que buscan resultados de investigación más específicos.

¿Por qué el método se denomina de Uranio-Plomo?

Lleva ese nombre porque se vale del proceso natural por el cual el Uranio 238, que es un isótopo inestable va buscando su condición de estabilidad a través de diversos cambios y liberaciones de energía, hasta llegar a convertirse en Plomo 206, en un tiempo que puede estimarse porque se conoce su vida media, que es del orden de los 4.510 millones de años. Esa larga vida media permite su aplicación en situaciones en que otros métodos, como el de Carbono 14, que ya les expliqué, resultan insuficientes, porque los objetos a datar son mucho más antiguos que su periodo de semidesintegración.

¿Cómo pueden explicarse los fundamentos del método, de manera sencilla?

Según ya habrán leído en los posts cuyos links les he ido dejando, un isótopo radiactivo, al que se denomina «padre», da origen a otro, conocido como hijo, a lo largo de un intervalo de tiempo que en la actualidad está ya medido. Si se miden las cantidades relativas de ambos tipos de isótopos (padre e hijo) presentes en una muestra determinada, conociendo el valor de la constante de desintegración, puede establecerse la antigüedad del objeto.

Esto es así porque el pasaje desde los isótopos inestables a los estables se produce por la emisión de rayos alfa (núcleos de He), beta (electrones) o en forma de radiación electromagnética, es decir rayos gamma.

Debido a que todos los cambios ocurren dentro del núcleo, el proceso es independiente de las condiciones externas, y es por ende posible establecer una cifra conocida como constante de desintegración y que se expresa como λ, «lambda». Esa constante, para la mayoría de los casos se conoce ya, con un error menor al 1%.

Si bien no es posible determinar en qué momento un átomo específico cambiará, con un suficiente número de átomos, la proporción del decaimiento es constante, y como se trata de cambios (exponenciales en el tiempo), su expresión matemática utiliza la derivación y expresa la fórmula resultante en función del número e ‘ 2.7187, y aplica logaritmos neperianos.

En definitiva la ley de desintegración radiactiva se expresa en la fórmula siguiente, donde N es el número de átomos padre y N₀ el número de átomos hijos. (De haber existido alguna cantidad del elemento hijo en el momento de la cristalización, el N₀ resulta de restar el número de átomos actuales menos el número original).

Ley de desintegración radiactiva:

dN/d t = −λN ⇐⇒ N = N₀e^−λt

Desde allí se deduce el tiempo t=−1λln [(N/N₀) +1]

Como alternativa puede usarse, en lugar de la constante de desintegración, otro valor constante que es la vida media t_1/2 del elemento padre, en cuyo caso se aplica para el cálculo del tiempo la siguiente fórmula.

t = t_1/2 log₂ (N₀/N )

Las dificultades no residen como puede verse, en los cálculos matemáticos, que son sencillos, sino en las mediciones de cantidades muy pequeñas pero que deben ser bastante precisas, y en las condiciones requeridas para aplicar el método, que veremos en seguida.

¿En qué casos resulta aplicable el método radimétrico de Uranio-plomo?

En realidad estas condiciones se suponen no sólo para este método sino también para los que mencionaremos más abajo, y son las siguientes:

• Se asume que la desintegración del elemento radiactivo padre ha sido constante a lo largo de todo el tiempo a medir.
• El valor de la constante de desintegración involucrada se conoce con suficiente precisión.
• La roca o mineral sometidos a datación no han perdido ni ganado cantidad alguna de los elementos utilizados en la fórmula (padre e hijo), salvo por el mismo proceso de decaimiento radiactivo. En otras palabras debería tratarse de un sistema químico cerrado, lo cual puede ser el mayor de los obstáculos ya que no existen sistemas tan absolutamente aislados en la naturaleza, y los procesos de meteorización, erosión, metamorfismo, etc., pueden alterar los resultados. Por eso suelen promediarse los resultados de numerosas mediciones y usando diversos métodos, antes de asignar una edad dada a un cuerpo geológico.
• De haber existido alguna cantidad de elemento hijo, en el momento de la formación de la roca o mineral, debe ser ser determinada con precisión, para incorporarla en la resta de la fórmula, tal como indiqué más arriba. No es un problema demasiado serio, debido a que para eso existen en el momento actual, técnicas que permiten una determinación muy precisa.

¿Cuáles son sus limitaciones?

Básicamente la principal limitación es la extrema escasez del Uranio en la naturaleza, por esa razón, principalmente, es que siendo uno de los primeros métodos que se pusieron a punto, es uno de los menos utilizados y se aplica casi exclusivamente sobre el mineral zircón.

¿Qué se puede agregar?

Por lo dicho más arriba, son cada día más utilizados otros métodos radimétricos, sobre elementos más abundantes, pero cuyos fundamentos básicos responden a lo que acabo de describir en términos generales.

Son comunes los métodos siguientes (incluyendo otros con Uranio que tienen las limitaciones ya señaladas):

• Thorio-Plomo
• Uranio-Helio
• Uranio-Xenón
• Plomo-Alfa
• Trazas de fisión
• Plomo-Plomo
• Potasio-Argón
• Rubidio Estroncio

Estos dos últimos son probablemente los más utilizados todavía hoy.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post es de Tarbuck, E. J. y F. K. Lutgens, (1999). «Ciencias de la Tierra». Prentice Hall, Madrid. 616 Pág.