Locos por la Geología

Entradas con la etiqueta ‘Tiempo geológico’

Hoy comenzaremos a ver en detalle un tema que les adelanté a modo introductorio hace bastante tiempo atrás.

Se trata del primero de los métodos de datación absoluta del que voy a hablarles, es decir el del Carbono 14.

Para entender esto, deberían ir a leer algunos posts previos, y seguir los links que les iré dejando a lo largo del post.

¿Qué nociones previas acerca del carbono necesitamos?

Ya en un post anterior les he explicado en detalle qué son los isótopos de un elemento, de modo que pasaré directamente a señalarles cuáles son las tres formas isotópicas del carbono.

• El Carbono-12 que tiene 6 protones y 6 neutrones, además de 12 partículas subatómicas en su núcleo.
• El Carbono-13 que tiene 6 protones y 7 neutrones, con 13 partículas subatómicas en el núcleo.
• El Carbono-14 que tiene 6 protones y 8 neutrones, más 14 partículas subatómicas en su núcleo.

Desde la primera observación puede notarse que el nombre de cada isótopo es simplemente el número que resulta de la suma de sus protones y neutrones.

En el caso que nos ocupa, los dos primeros isótopos son estables, no así el tercero, que por ende actúa como radiactivo hasta alcanzar su transformación a un elemento «hijo» que se encuentra en equilibrio y que es el Nitrógeno 14, al cual se llega por la emisión de una partícula beta desde el C14 al que se considera «padre».

¿Dónde y cómo se origina el C¹⁴?

El carbono-14 nace en la atmósfera superior y se forma por el bombardeo de rayos cósmicos, que no son otra cosa que partículas nucleares de alta energía, con ocurrencia habitual en el espacio.

Esas partículas dispersan los núcleos de los átomos gaseosos, liberando neutrones. Cuando los neutrones son absorbidos por los átomos de nitrógeno (N) – elemento gaseoso de número atómico 7 y número de masa 14- cada núcleo libera un protón, con lo cual su número atómico disminuye a 6, con lo que pasa a ser precisamente carbono-14.

Una vez así generado, el C14 forma parte del dióxido de carbono y es absorbido por los vegetales a través de la fotosíntesis, y luego pasa a otros seres vivos a lo largo de la cadena alimentaria. En definitiva, todos los organismos contienen una pequeña cantidad de carbono-14.

Es importante señalar que en el dióxido de Carbono, están también presentes los otros dos isótopos, siendo el mayoritario (más del 98,9%) el C¹². Se ha calculado que existe aproximadamente 1,3 átomos de C¹⁴ por cada 10¹² átomos de C¹² , y se sabe también que esta proporción se ha mantenido aproximadamente constante a lo largo del tiempo geológico

¿Cómo se aplica este conocimiento a la datación absoluta?

Obviamente, para que no me obliguen a repetir cosas que ya pueden ver en otros posts, les recomiendo ir a leerlos antes de entrar en esta explicación.

Aclaremos ahora que como el período de semidesintegración del carbono-14 es de sólo 5.730 años, únicamente puede usarse para datar eventos comparativamente recientes. No puede usarse más allá de los 70.000 años como máximo, y sólo se aplica en restos que fueron organismos en algún momento.

Ahora sí veamos la explicación básica y simplificada de cómo se puede datar por radiocarbono.

En la mayoría de los métodos de datación por isótopos- tal como veremos más adelante detalladamente en otros posts- la edad se obtiene de la proporción entre el isótopo padre y el isótopo hijo. En este caso, en cambio, el isótopo resultante es gaseoso (N) de modo que escapa del material y es imprescindible utilizar otra estrategia.

Es por eso que se recurre a la proporción entre los dos elementos que están presentes en la materia orgánica original, es decir C ¹² y C ¹⁴.

Durante todo el tiempo en que un organismo permanece con vida, la proporción entre ambos isótopos permanece constante, ya que el 14 que se pierde por transformación a N se va renovando, ya sea por procesos de fotosíntesis desde la atmósfera, o por alimentación en el caso de organismos superiores que consumen la vegetación.

No obstante, cuando se produce la muerte del organismo, sea una planta o un animal, cesa esa renovación y el C ¹⁴ va disminuyendo gradualmente por su desintegración en N ¹⁴ que ocurre como ya dijimos al emitir partículas beta. Comparando las proporciones de las dos formas de carbono en una muestra a datar con una muestra testigo similar pero reciente, pueden realizarse aproximaciones de edad.

Siendo la vida media del C ¹⁴ de 5.730 años, una muestra problema que contenga el 50% del radiocarbono presente en una muestra actual, tendrá una edad de 5.730 años precisamente. Si su contenido es del 25%, habrán transcurrido dos vidas medias, es decir que la edad será de 11.740 años; para un 12,5% la edad resultante es de 17.190 años, y así sucesivamente. Con esa información se construyeron curvas en las que luego puede ingresarse la cantidad medida y buscar en la coordenada correspondiente, la edad estimada.

Por supuesto a medida que transcurre el tiempo, la cantidad de C ¹⁴ se hará cada vez más exigua, hasta no resultar medible, de allí el límite de utilización establecido en alrededor de 70.000 años como ya les dije.

¿Qué dificultades implica este método?

Lo primero que conviene señalar es que el relato del fundamento teórico puede dar la falsa sensación de que esa teoría tiene una aplicación práctica igualmente sencilla, pero ése no es el caso, ya que el procedimiento real es bastante complejo y conlleva un cierto margen de error.

Para comenzar, el método sólo puede usarse para datar los materiales orgánicos como madera, carbón vegetal, huesos y hasta carne, en casos de hallazgos de cuerpos momificados o congelados, o tejidos y fibras de algodón.

Por otra parte, la medición misma requiere muchas maniobras de precisión – desde la obtención de la muestra, su preparación, la estimación de su peso, etc.,etc.- en las que se pueden ir introduciendo errores que se suman entre sí.

Todo ello hace que sea parte del protocolo la aplicación de verificaciones cruzadas, ya sea por dendrocronología, fósiles obtenidos en el estrato que contiene a la muestra a datar, criterios estratigráficos, o hasta la doble datación en distintos laboratorios.

¿Cuales son las limitaciones?

Ya las hemos señalado un par de veces, pero repitamos que hay un límite máximo para la antigüedad de la muestra a medir, y para el tipo de material que puede investigarse.

Pero también hay que agregar que en acontecimientos muy recientes tampoco puede utilizarse porque el margen de error del método podría exceder la edad misma que se está midiendo en casos de eventos que han ocurrido muy poco tiempo atrás. Por eso su uso forense es muy limitado para escenas de escasa antigüedad.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela. P.S.: La imagen que ilustra el post es de este sitio.

Este post es continuación del de la semana pasada, de modo que deberían empezar por leerlo antes de internarse en el de hoy. En ese post respondí las siguientes preguntas:

¿Qué son los isótopos?

¿Cómo se produce el fenómeno de la radiactividad?

A partir de allí seguiremos hoy con las preguntas faltantes.

¿Qué es la vida media de un elemento?

Teniendo en cuenta que nuestro propósito en este post es acercarnos a la medición de edades absolutas de materiales geológicos, y por extensión de los eventos que los produjeron, debemos buscar la relación entre todo lo dicho hasta aquí y una forma de estimar el tiempo transcurrido hasta hoy, a partir de dichos eventos.

Si recapitulamos el modo en que un elemento se convierte en otro, salta a la vista que nunca podremos predecir qué átomo emitirá las partículas de las que hablamos, ni en qué momento lo hará. Sin embargo, experimentos realizados en cantidad suficiente como para establecer postulados de partida, han permitido establecer el concepto de «vida media» de los isótopos conocidos, Se entiende por vida media el tiempo requerido para que en una sustancia dada, la mitad de los átomos de la cantidad inicial se transformen por emisión, dando el elemento derivado.

En Sawkins et al, encontré una comparación inmejorable, y la repito para ustedes. Es un fenómeno semejante al que ocurre en un reloj de arena. Es imposible saber qué partícula caerá primero, o en qué momento lo hará, pero sí puede saberse que al cabo de media hora, la mitad de ellas ya habrán caído.

La ventaja en el uso de la vida media de los elementos es que su valor es independiente de las condiciones del medio, tales como la presión o la temperatura, que afectan muchas reacciones químicas, pero no modifican las reacciones nucleares.

Ahora seamos más claros todavía usando un ejemplo numérico. Llamaremos «elemento madre» A a aquél que da origen por reaciones nucleares al «elemento hijo», B.

Si de manera empírica es conocida la vida media de A, supongamos para facilitar el cálculo que es de 3.000 años, y que se ha partido de una cantidad de 1.000 átomos, es obvio que al cabo de 1.500 años, habrán decaído 500 átomos, que habrán dado origen a otros tantos átomos de B. Al cabo de otros 3.000 años, los 500 átomos remanentes de A, originarán 250 nuevos átomos de B, habrá ahora 250 de A y 750 de B, y así sucesivamente.

Aquí vale aclarar que el número de átomos en un volumen dado de cada sustancia, se calcula empleando una constante denominada Número de Avogadro. Pueden ir a repasar el tema en sus cursos de química o simplemente aceptar que la cantidad de átomos puede conocerse a partir de masas suficientemente grandes como para resultar medibles, porque es exactamente así.

En la figura que ilustra el post, se comparan dos modos de «decaimiento», el de la vela es lineal y llega a un final en 0 al cabo de un tiempo dado. En cambio, el decaimiento nuclear no es lineal. Ya que hemos introducido ese concepto de vida media el número de átomos que decaen se va haciendo cada vez menor, y la curva que representa esa pérdida del elemento padre se hace asintótica en X, es decir que se haría cero en el infinito, tal como se ve en el esquema.

Por supuesto, hay algún grado de simplificación en lo ya dicho, porque muchas veces hay varios pasos intermedios entre el elemento parental inestable y un elemento hijo estable, como creo ya haber dicho la semana pasada. Pero para entender la metodología general, las simplificaciones son aceptables.

¿Qué relaciones pueden obtenerse de estos conceptos?

Una vez conocida la vida media, y la cantidad inicial del material parental A, puede construirse una curva como la que se ve en la figura 1.

Analicémosla. Sobre el eje X se colocan a distancias iguales los valores 1, 2, 3, etc, correspondiendo cada uno a la cantidad de vidas medias transcurridas. En el ejemplo que traíamos arriba, el 1 equivale a 3.000 años, el 2 a 6.000. y así sucesivamente. En el medio, se pueden interpolar los valores representados por los segmentos del desplazamiento del valor medido, desde un número entero hasta el siguiente. Supongamos que un determinado valor cae justo al medio entre 2 y 3 vidas medias. Siendo 2 vidas medias = 6.000 años y 3 vidas medias=9.000 años, ese número incógnita resulta ser 7.500 años.

Ahora veamos el eje Y. El punto más alto, marcado como All (todo) indica la cantidad original del material parental, que se obtiene de la suma del elemento A remanente y el B originado en él. Desde ese punto, sobre el eje Y, se marca un punto en la mitad de la altura, que obviamente corresponde a la mitad del elemento parental original, y por ende debe unirse (repasen la figura) a la primera vida media. Ése será el primer punto de la curva que estamos construyendo.

A la mitad del segmento entre el primer punto recién marcado y el cero, se coloca el segundo punto que, relacionado con dos vidas medias (número 2 del eje x) da el punto 2 de la curva y así sucesivamente.

Una vez hecha asintótica la curva en x, se suspende el proceso de construcción, y simplemente se unen los puntos marcados.

Ya tenemos todos los elementos necesarios para empezar el ejercicio de estimar edades absolutas de los materiales geológicas. Pero como eso requiere un par de aclaraciones más, para no enloquecerlos ahora, lo prometo para un próximo post, no necesariamente el lunes siguiente, así tienen que seguir viniendo a visitarme mientras dure la espera, jejeje…

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: Las figuras que ilustran el post han sido tomadas de:

SAWKINS,F.J; CHASE,C.; DARBY,D.G.; RAPP,G. Jr.1974. “The evolving earth” Mac Millan Publishing Co.

Ya antes he señalado la diferencia entre edades relativas y edades absolutas, y he hablado de los métodos muy variados para estimar las primeras. Nos queda todavía por recorrer el vasto campo de las segundas. Pero para hacerlo con cierta solvencia, hay conceptos previos que debemos comprender muy bien, y a ellos voy a referirme hoy.

Queda claro, pues, que este post de hoy los está preparando para los verdaderamente sustanciosos que vendrán una vez que manejen estas nociones básicas. Se trata de temas algo abstractos, por lo cual mi enfoque será tan elemental (hablando de elementos, precisamente, 😀 ) como pueda serlo sin perder la veracidad científica, porque no quiero espantarlos antes de entrar en materia.

Para construir algún conocimiento sobre las mediciones del tiempo en Geología, nuestros cimientos serán las respuestas a las siguientes preguntas:

¿Qué son los isótopos?

Empecemos como a mí me gusta, por la etimología de la palabra, que siempre contiene mucha información. La palabra que nos ocupa procede de dos términos griegos: ἴσος, en nuestro alfabeto isos, que significa igual, como ya dijimos muchas veces en el blog; y τόπος (tópos) que quiere decir lugar. En definitiva, los isótopos se encuentra en el mismo sitio, pero ¿de qué espacio? Pues sencillamente de la Tabla Periódica, que como ya saben reúne los elementos químicos, ordenados según su número atómico.

Esto amerita un par de aclaraciones, recuerden que los elementos químicos son la forma fundamental de la materia, y están constituidos por átomos semejantes entre sí, caracterizados por una propiedad invariable: su número atómico.

Vamos un poco más atrás: el átomo es la unidad que no puede separarse por reacciones químicas en otra sustancia más simple, aunque esté conformado por partículas todavía mucho más pequeñas, de cuyo comportamiento dependen las propiedades de cada sustancia material. Esto puede parecer confuso si no buscamos algún ejemplo comprensible. Digamos una persona (el átomo) que no puede dividirse en ningún ente completo, aunque tenga por dentro órganos como los pulmones, el corazón etc., etc. , con características y funcionamiento propio.

Pero volvamos a los isótopos. Ya mencionamos dos veces «el número atómico», dijimos que la tabla periódica se ordena según él, y dijimos que cada elemento tiene átomos con ese número siempre idéntico. Entonces, ¿qué es ese dichoso numerito?

Volvamos a buscar nuestros recuerdos de la química básica de la escuela secundaria. Los componentes más conspicuos del átomo son un núcleo en el que se agrupan protones (carga eléctrica positiva) y neutrones (sólo masa, carga eléctrica despreciable); y una nube de electrones (carga negativa) orbitando a ese núcleo. Por cierto, a lo largo del avance de la ciencia se han ido descubriendo numerosas partículas atómicas además de éstas, pero por ahora las dejaremos tranquilas, porque no son esenciales para lo que quiero explicar hoy. Ya habrá momentos para traerlas a colación.

Ya que cada elemento ocupa en la tabla periódica un lugar asignado según su número atómico, y decimos que los isótopos ocupan el mismo lugar en ella, puede fácilmente deducirse que a) se trata de un mismo elemento, y b) tienen el mismo número de electrones.

Entonces por qué hay al menos dos tipos de átomos en el mismo elemento. Sencillamente porque lo que cambia entre ellos es la masa atómica, que como también adelantamos más arriba, viene definida por el número de neutrones que sí puede ser diferente.

Aclaremos que la masa atómica resulta de la suma de las masas de protones y neutrones, pero teniendo estos últimos la mayor masa, puede atribuirse la diferencia esencialmente a ellos.

Resumiendo, se dice que un eemento tiene isótopos cuando sus átomos conservan igual número atómico, peo tienen distinta masa atómica.

Antes de pasar al punto siguiente debemos señalar que algunos elementos tienen isótopos estables, otros tienen solamente isótopos inestables, y hay también elementos con isótopos de las dos clases, algunos estables, y otros inestables.

Ahora veremos las importantes consecuencias de estos hechos.

¿Cómo se produce el fenómeno de la radiactividad?

Cuando los isótopos son inestables buscan serlo, a través de reacomodamientos de sus partículas atómicas, en el fenómeno que se conoce como radiactividad, o como se lee en algunos textos, radioactividad.

Existen tres tipos básicos de emisiones dentro de este fenómeno:

1. Liberación de tipo alpha, (α) consistente en dos protones y dos neutrones. Obviamente la pérdida de protones- cuyo número es igual al de los electrones y por ende define al elemento- provoca el cambio de un elemento a otro, tal como se ve en la figura que ilustra el post, donde la emisión de una partícula alpha convierte un isótopo de platino en uno de osmio, como respuesta a ese cambio del número atómico.
2. Emisión beta, (β) consistente en un electrón. Aunque parezca lo contrario, este evento es de carácter nuclear, ya que el electrón que se pierde no es constituyente originalmente de la nube que rodea al núcleo, sino que ha sido generado en el decaimiento de un neutrón del núcleo. Como el neutrón decae perdiendo un electrón, se convierte en protón por quedar con una carga positiva, y eso también implica un cambio de elemento.
3. Rayos Gamma, (γ) asimilables a los rayos X, pero con longitud de onda muy corta, y alto poder de penetración.

Muchas veces los nuevos elementos generados, son isótopos inestables, que sigan una cadena de diversas reacciones hasta alcanzar una condicioón estable.

Esto será todo por esta vez, y el lunes seguiremos con las siguientes preguntas:

¿Qué es la vida media de un elemento?

¿Qué relaciones pueden obtenerse de estos conceptos?

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

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SAWKINS,F.J; CHASE,C.; DARBY,D.G.; RAPP.G. Jr.1974. “The evolving earth” Mac Millan Publishing Co.

Hace ya bastante tiempo subí un post en el que hablé sobre el concepto de tiempo geológico, y más tarde hablé de la determinación de edades relativas, y les prometí hablar de las dataciones absolutas.

Hoy voy a entretenerlos un rato contándoles la evolución de esos métodos, desde los más dogmáticos y doctrinarios hasta los más científicos, y dejaré para más adelante los métodos en uso actualmente.

Les recuerdo que mientras que las dataciones relativas sólo intentan establecer un orden de acontecimientos geológicos, las dataciones absolutas intentan asignar valores numéricos, es decir establecer dentro de cierto rango, la edad probable, tanto de la Tierra, como de sus diversos materiales y eventos.

Los intentos para alcanzar esos resultados fueron muy interesantes a lo largo del tiempo, veámoslos.

¿Qué métodos de datación absoluta se fueron intentando a lo largo del tiempo histórico?

Repito que hoy se trata de un post enfocado en los avances históricos, de modo que ninguno ha sobrevivido al tiempo, y ellos son:

• La interpretación del hinduismo, basado sobre creencias religiosas.
• La interpretación cristiana, basada en la lectura bíblica.
• La medición de la tasa de la sedimentación.
• La salinización de los océanos.
• El método de Kelvin.

¿Qué se planteó la filosofía hindú?

En la antigua filosofía hindú, la observación de los permanentes cambios que acontecen en la naturaleza condujo a pensarla en términos de ciclos, relacionados a su vez con los días de la vida de Brahma. Se entendía que cada ciclo- que a su vez se repetirían indefinidamente- tenía la duración de un día en la vida del dios, cuya longitud estimada era de 4.300.000.000 de años (en la nomenclatura actual lo escribiríamos como 4.300 Ma). No había otros fundamentos que la meditación de los sabios, plasmada en sus escritos sagrados, los que estipulaban además, que en el presente ciclo estaríamos transitando aproximadamente el año 2.000.000.000 (o 2.000 Ma). Si lo pensamos un poco, a la luz de la edad que hoy se le asigna al planeta (alrededor de 4.500 Ma), se aproximaba a la realidad mucho más que la siguiente versión, establecida por el cristianismo.

¿Qué se intentó en la religión cristiana?

La religión cristiana no aceptaba otra ciencia que la contenida en la Biblia, o eventualmente en los escritos de sus intérpretes. Por ende, siguiendo al libro del Génesis, según el cual el mundo fue creado por dios en seis días (ya que el séptimo fue su descanso), se consideró por muchos siglos ese espacio de tiempo de modo literal para el desarrollo de todas las características de la Tierra, pero no se especuló nunca sobre cuánto tiempo atrás eso habría tenido lugar.

Posteriormente, se descubrió, en las propias escrituras, un salmo que expresa: «Porque mil años a Tus ojos son como ayer…» Eso abrió la puerta a nuevas interpretaciones según las cuales, un día correspondía a mil años, y por ende la creación habría tardado 6.000 años. Considerando ese lapso, y el calendario por entonces vigente, hacia el año 1600 dC, el Arzobispo de Ussher se pronunció por una antigüedad específica para el planeta. Según sus «investigaciones» el mundo había sido creado en el mes de octubre del año 4004 aC.

¿Cómo se empleó la medida de la tasa de sedimentación?

Debido a que cualquier idea contraria a la religión dominante por entonces en Occidente era considerada herética, y por consiguiente muy peligrosa, dado el poder de la Curia, todo el desarrollo del pensamiento científico se retrasó algunos siglos. No obstante, la razón se fue imponiendo por su propio peso, y comenzaron a surgir intentos de datación con fundamento en observaciones objetivas.

Los primeros audaces que desafiaron todos los riesgos de presentar ideas ajenas a las bíblicas comenzaron a multiplicarse a partir del S. XVII, cuando el intento de explicar las diversas especies fósiles que se iban encontrando, a través de sucesivos actos de creación y destrucción divinas, comenzó a resultar claramente irracional, y los naturalistas llegaron a la conclusión de que la Tierra debía ser mucho más antigua de lo pregonado por Ussher.

No obstante, los primeros intentos de medir esa antigüedad sólo surgieron hacia los siglos  XVIII y XIX, a favor de las leyes estratigráficas ya establecidas, y que estimaban las edades relativas de los diversos materiales terrestres.

Cuando quedó claro que la depositación de estratos procedía lentamente para alcanzar un cierto espesor, se pensó en un método muy lógico: si se medía el espesor total de una pila de estratos, y se lo dividía por la tasa de sedimentación, podía obtenerse la edad total del paquete sedimentario.

Se entiende por tasa de sedimentación, el espesor promedio de materiales que se depositan en la unidad de tiempo elegida, en este caso un año.

Si había un espesor de 5 metros, y se calculaba que se depositaba 1 metro por año (tasa de sedimentación) la edad era la resultante de dividir 5 por 1, es decir que la edad del paquete era de 5 años.

Usando la información que podía establecer las edades relativas, el intento implicó un trabajo formidable, ya que se sumaron cientos de mediciones en distintos sitios para ir agrandando cada vez más el volumen de estratos que se sumaban en un apilamiento que pretendía representar toda la historia.

Se sumaron cientos de mediciones, y se estimó la edad de la Tierra en alrededor de al menos 100 Ma. Lejos de la realidad, pero representando un verdadero avance respecto a los pocos miles de años del Arzobispo.

Por supuesto los errores del método eran muy numerosos, veamos algunos:

• Por empezar, no se podía medir en ningún lugar un apilamiento sedimentario que abarcara todo la historia terrestre.
• Las tasas de sedimentación no pueden generalizarse para grandes intervalos de tiempo pues a lo largo de él van cambiando según se modifican numerosos factores intervinientes.
• No se tomaban en cuenta los procesos erosivos que en muchos casos eliminan parte del registro sedimentario.
• Tampoco se estimó la influencia de modificaciones tectónicas.

Por cierto, un paquete limitado, en un sitio determinado, con una tasa de sedimentación bastante confiable, puede llegar a ser asignado con cierta credibilidad a un determinado intervalo de tiempo, pero su aplicación a la edad toda de la Tierra decididamente fue demasiado aventurado.

¿Cómo se aplicó la salinización de los océanos?

Al iniciarse el S. XVIII, se propuso la salinización de los océanos como un posible reloj geológico confiable. En ese momento se estableció una fórmula teórica que debió esperar casi un siglo para su aplicación en la realidad, porque en el momento inicial no se contaba con los datos que debían ingresarse en la expresión matemática.

El razonamiento era similar al del método ya explicado. Asumiendo que el sodio era aportado por los ríos, a una tasa dada por año, la edad de los océanos podría conocerse dividiendo entre sí ambos valores. Cuando se estimaron, muchos años más tarde algunos valores idealmente confiables, se estableció la siguiente fórmula:

edad de los océanos = toneladas de sodio en el océano / toneladas de sodio añadido por año.

Los valores que se introdujeron inicialmente en la ecuación fueron 1,6 por 10 a la dieciséis toneladas de sodio, y 1, 6  por 10 a la octava toneladas de sodio por año.

Esto también arrojó un resultado de 100 Ma, lo que por un tiempo, dada la coincidencia con el resultado de la otra aproximación, se consideró la mejor estimación para la edad de la Tierra.

Pero también había numerosos errores en la medición, entre ellos:

• El sodio que entra cada año a los océanos no necesariamente permanece disuelto en él, ya que una parte importante genera rocas o es incorporado por organismos vivientes.
• Tampoco la tasa es totalmente uniforme a lo largo del tiempo.
• La posición de los océanos ha variado a lo largo de la historia.
• Tampoco los ríos existieron siempre o para siempre.

¿Qué método propuso Lord Kelvin?

Ya en pleno S. XIX, William Thompson, Lord Kelvin, propuso un método basado en conocimientos y mediciones de su área de especialización, es decir, la historia del calor.

Para comprender mejor este tema, les recomiendo leer este post, ya que se relaciona con el calor de la propia Tierra, independientemente del que le llega con la radiación solar.

Con alguna anterioridad a la formulación de esta metodología, se había medido ya en diversos lugares,  la ocurrencia de pérdidas de calor desde la superficie terrestre, del orden de las 40 calorías anuales por cm².

Suponiendo una pérdida continuada y homogénea por un lado, y por el otro de la premisa de que la Tierra se habría formado a partir de una masa originalmente fundida, Lord Kelvin propuso con razonamientos semejantes a los ya mencionados en los dos puntos anteriores, una nueva forma de datar la Tierra.

Según él la Tierra tendría al menos 40 Ma.

Por supuesto también esas dataciones cargaban con sus propios inconvenientes:

• No podía probarse la existencia de una Tierra inicialmente fundida, sobre todo a la luz de las teorías cosmogónicas con más consenso en el presente, pero que ya comenzaban a formularse en la época de esta medición.
• No se consideraba el aporte de calor generado internamente en la propia Tierra con posterioridad a su surgimiento como planeta.
• No alcanzaba coincidencia cuantitativa con los otros métodos propuestos.

En suma, sólo fue un valioso intento, que como todos los anteriores subestimó largamente la verdadera antigüedad del planeta, y por ende de sus materiales constituyentes.

¿Cuál fue el mérito de los intentos no religiosos?

Pese a los resultados erróneos que se obtuvieron, los métodos que se alejaron de las interpretaciones religiosas tenían precisamente el mérito de liberar el pensamiento de las estructuras rígidas que le impedían avanzar por caminos lógicos y con métodos científicos.

Por otra parte, condujeron a un importante cambio de escala para la apreciación del tiempo geológico, llevando el rango aceptable, desde unos pocos miles de años a decenas o cientos de millones de años, lo cual es un cambio de paradigma notable, y abrió las puertas a todas las dataciones posteriores, que habrían parecido descabelladas sin ese salto previo.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

Hace ya mucho tiempo, les adelanté algunos conceptos que sin duda les conviene ir a repasar antes de entrar de lleno en el tema de hoy. Este post es el que deberían volver a leer, porque allí les expliqué el concepto de tiempo geológico y los correspondientes relojes.

Ya sabrán, si han repasado el post, que las edades pueden ser relativas o absolutas. En este momento señalaremos los variados métodos que permiten establecer las edades relativas de los diversos materiales, estructuras y geoformas que constituyen la geología de un lugar.

¿Cuáles son los métodos más utilizados para obtener edades relativas de los estratos terrestres?

Básicamente, los métodos que permiten establecer edades relativas entre formaciones o simplemnete estratos, son los que se sustentan sobre principios estratigráficos. Los principios que fundamentan esos métodos son:

• Ley de la superposición. Esta ley ya fue tratada en detalle en este post y consecuentemente no la volveré a explicar aquí.
• Principio de la horizontalidad original. También este principio tiene su propio post explicativo en el blog, de modo que les recomiendo repasarlo ahora.
• Principio de intersección.
• Regla de las inclusiones.

Existen también otras herramientas que nos aproximan a la estimación de las edades relativas, y ellas proceden de otras disciplinas como la Paleontología, la Geofísica y hasta la Biología o la Arqueología. Veamos algunas de esas apoximaciones:

• Principio de la Sucesión de Faunas.
• Paleomagnetismo.
• Principio de Correlación, el que a su vez se vale de ciertos proxis que veremos con cierto detalle más abajo, y que incluyen los varves, la dendrocronología y el análisis de corales, entre muchos otros que comienzan a probarse en diversos estudios más recientes, y que en su novedad reciben críticas e impulsos casi por partes iguales. Debido a esto último, les dedicaremos posts más adelante.

Volvamos ahora a los Principios procedentes de la Estratigrafía.

¿A qué se refiere el Principio de intersección?

Este principio llevó también un tiempo para su formulación, aunque hoy parezca algo obvio, y lo que dice es que si un paquete de rocas (puede ser también un cuerpo masivo como un batolito, llegado el caso) es cortado por una falla que lo atraviesa, o por una efusión o intrusión magmática, la falla o el proceso de intrusión son posteriores a las rocas afectadas, es decir que estas últimas tienen mayor edad.

Toda vez que haya una intersección de cuerpos geológicos, el que resulta «cortado» es el más viejo. En el gráfico que ilustra el post, los cuerpos A, B, C, D, E y F son más antiguos que la discordancia y que los cuerpos H, I y J. A su vez, aplicando la ley de superposición, el orden de edades (desde mayor a menor) se corresponde con el orden alfabético.

¿Qué puede inferirse de las Inclusiones?

Cuando se encuentran fragmentos de una unidad de roca en ei interior de un cuerpo litológico diferente, se habla de inclusiones (de includere=encerrar). Esas inclusiones (no confundir con intrusiones) se interpretan como la lógica indica: seguramente la masa que envuelve a las inclusiones es la más joven, porque éstas deben proceder de una roca que estaba antes y cuyos fragmentos quedaron dentro de la que luego se depositó «engulléndolos».

Por consiguiente, la confusión entre inclusión e intrusión es gravísima, porque unas y otras señalan relaciones de edad precisamente opuestas. La inclusión es más vieja que la masa que la envuelve, mientras que la intrusión es posterior a ella. Insisto en este detalle por su importancia.

¿Qué circunstancias complican la interpretación de los relojes estratigráficos?

Los dos primeros principios que hemos discutido ya en otros posts, asumen estratos horizontales, y con depositación continuada en el tiempo, pero existen situaciones que deben ser tenidas en cuenta a la hora de interpretar las edades  relativas en un cuerpo de estratos, y ellas son producto de las discontinuidades estratigráficas.

¿Qué son las Discontinuidades estratigráficas y qué pueden indicar?

Como dije más arriba, la sucesión de los estratos se interpreta fácilmente cuando las capas son concordantes. Y se entiende que hay concordancia cuando no aparecen interrupciones en el registro de los acontecimientos ocurridos a lo largo del tiempo geológico. Teóricamente eso permitiría un seguimiento de la historia completa de la Tierra, pero no existe lugar alguno en que la concordancia haya permanecido siempre como tal, porque el registro litológico se ha interrumpido muchísimas veces a lo largo de las eras. Cada una de esas interrupciones se conoce como «discontinuidad estratigráfica».

Es decir que cada discontinuidad representa un largo período durante el cual algún evento determinó que se viera interrumpida la sedimentación, teniendo en cambio lugar una activa erosión que eliminó inclusive parte de los depósitos más antiguos. Normalmente esto sucede cuando tiene lugar un levantamiento del territorio que transforma un área baja donde ocurría el depósito, en una zona elevada, sujeta a desgaste.

Pero también otros eventos pueden complicar el cuadro, por lo cual existen diversos tipos de discontinuidades, a saber:

• Discordancias angulares: se reconocen con relativa facilidad, tal como se ilustra con la figura que encabeza el post, ya que implica rocas sedimentarias inclinadas o plegadas a las que sobreyacen capas más jóvenes y prácticamente horizontales. Estas discordancias corresponden a cortes en la secuencia de sedimentación, durante los cuales se instalaron períodos de deformación – responsables de la inclinación- y también de erosión, causantes de la ausencia de determinados intervalos en el registro.
• Paraconformidades: si bien son más comunes que las anteriores, son bastante más difíciles de reconocer y de interpretar, porque no hay cambios notables en la inclinación de las capas a uno y otro lado de ellas. Su nombre se deriva del hecho de que los lineamientos litológicos sea por arriba o por abajo de la propia discontinuidad se mantienen aproximadamente paralelos, con lo que pueden confundirse con simples planos de estratificación. En situaciones especiales, si la superficie de erosión se mete muy irregular y profundamente en el paquete subyacente, el reconocimiento es más sencillo, y la estructura misma suele conocerse como disconformidad.
• Inconformidades: En este caso, los estratos sedimentarios no sobreyacen a otros sedimentos, sino a materiales cristalinos como rocas ígneas o metamórficas. Las inconformidades delatan períodos de levantamiento, porque tanto los magmas como las rocas metamórficas se originan en las profundidades. A ese levantamiento suelen seguir largos períodos de meteorización, en respuesta a las nuevas condiciones ambientales, tal como se preconiza en la Ley de estabilidad mineral. También se instala entonces la erosión y sólo después, en caso de ocurrir subsidencia, puede volver a generarse una cuenca donde se reanuda la sedimentación. Todo eso da cuenta de los tiempos ausentes en el registro.

¿Qué aporta el Principio de la Sucesión de Faunas?

Este principio fue formulado en Inglaterra, por William Smith, quien pudo demostrar que los cambios en las características de los ejemplares fósiles presentes en los sedimentos respetan un cierto orden vertical bien definido y constante, aun en columnas estratigráficas de diferentes lugares y litologías. La biología aporta además el conocimiento de que no hay vueltas atrás en la evolución de las especies, de modo tal que la edad relativa de las rocas puede definirse según su contenido fosilífero. Si un estrato contiene restos más antiguos y/o menos evolucionados que otro, será también más antiguo que él.

¿Qué aporta el Paleomagnetismo?

En un post de hace bastante tiempo, adelanté en parte el concepto de paleomagnetismo o magnetismo remanente de las rocas. Les recomiendo leerlo.

En su momento vimos cómo esta herramienta demostró la deriva de las placas, y pronto volveremos con ese tema y usaremos ese conocimiento en otro lugar de la teoría hoy vigente, pero su versatilidad es tal que también sirve de apoyo para establecer edades relativas.

Esto es así porque al estudiar los registros paleomgnéticos en las rocas puede observarse que a lo largo de la historia de la Tierra se han sucedido numerosas inversiones de los campos magnéticos, alternándose tiempos de polaridad normal como la hoy vigente, con otros de polaridad opuesta. Estudios en todo el mundo han permitido la construcción de una columna integrada conocida como Escala Estándar de Magnetopolaridad, que cubre los últimos 250 Ma de la historia de la Tierra, es decir desde el Mesozoico en adelante.

En situaciones favorables, se puede aproximar una edad hasta absoluta, dentro de un cierto intervalo. Pero cuando no se cuenta con dataciones de las rocas en estudio, al menos edades relativas en el marco de análisis comparativos  pueden arriesgarse.

¿Cómo se utiliza el Principio de Correlación?

Ya adelanté más arriba que el Método de Correlación Geológica se basa esencialmente en herramientas como los proxis. Lo que se intenta es reconocer estratos, formaciones o cuerpos litológicos que por su posición en el registro podrían ser coetáneos, es decir que se relacionan en el tiempo de generación. De conocerse la edad absoluta de uno de los cuerpos comparados, una edad estimada puede asignarse al o a los otros.

El uso más efectivo y seguro es para espacios no demasiado distantes, y dentro de un marco geológico que puede asimilarse de alguna manera. Su confiablidad decrece con la distancia de aplicación y cuanto más variabilidad aparece en las condiciones de la litología.

¿Qué es una variable proxy y cómo podría aplicarse aquí?

Estadísticamente se define una variable proxy como una medida cuyo verdadero interés reside en que puede ser el puente o vector para obtener otras medidas más importantes. Eso es posible porque la variable proxy tiene fuerte correlación, (no necesariamente lineal ni positiva) con el valor que permite inferir.

¿Qué proxis se utilizan en la correlación?

Los más frecuentes son:

• Dendrocronología: es la disciplina que analiza los anillos de crecimiento de los árboles, que al ser anuales permiten en su recuento establecer la duración de los períodos de biostasia en un sitio dado. Por supuesto sólo puede establecerse el tiempo mínimo de dicha duración, porque no necesariamente cada árbol ha comenzado a crecer cuando se instaló la biostasia en una región dada. No obstante permite indicar que ese momento del ciclo duró al menos el tiempo que los anillos indican. Si además hay un evento datado que puso fin a la vida del árbol en cuestión, supongamos algo como una gran creciente, un incendio forestal, o una deforestación para urbanizar, puede establecerse cuánto fue el tiempo mínimo que duraron las condiciones previas al acontecimiento conocido. Como además el espesor de cada anillo y su coloración dan pistas sobre las condiciones del medio, los anillos de los árboles prestan una gran utilidad como proxis climáticos.
• Interpretación de varves: Los varves son estructuras diamícticas, es decir que están constituidas por pares de estratos o láminas de depósito estacional en este caso. Si los varves son glariarios responden a los pares verano-invierno; y si son de regiones semidesérticas corresponden a la alternancia de temporadas secas y húmedas. En el caso de los glaciales, durante las estaciones frías, los sedimentos gruesos quedan retenidos en el hielo, mientras que el deshielo del estío aporta materiales gruesos arrastrados por las corrientes fluiviovlaciales, lo que da una estratificación perfectamente reconocible. Normalmente la depositación se produce en los lagos periféricos, y su análisis, no solamente al contarlos sino que- como en el caso de los anillos de los árboles- reconocer sus propiedades de color, textura, espesor, composición mineral, etc., permite reconstruir paleoambientes. Paleoambientes similares son herramientas útiles en la correlación de la que venimos hablando. Cuando hablemos de edades absolutas veremos que además los núcleos de hielo permiten ciertas técnicas de datación. Pero todavía no es el momento de hablar de eso.
• Interpretación de los corales. En este caso se usa el ciclo diario de formación de los anillos de crecimiento, con aplicación sobre todo para estimar la duración de intervalos climáticamente aptos para su proliferación, pero tiene otras aplicaciones tan interesantes que hablaremos de ellos nuevamente en otro post más adelante.

¿Qué es un horizonte guía y qué utilidad presta como reloj geológico?

Si bien es un elemento clave en la correlación, no lo incluyo como proxy porque este último concepto es estadístico, y los estratos guía son un aporte cualitativo más que cuantitativo, aunque según veremos algunas veces aporta algún límite muy concreto y de edad conocida.

Existen determinados estratos, capas o grupo de estratos que ostentan propiedades muy reconocibles y características, ya sea por el espesor, composición, textura, color, tenacidad, etc., que pueden coniderarse como similares cuando se los encuentra en afloramientos diferentes y permiten establecer la edad aproximada de uno de ellos si el otro ha sido datado en otra locación.

A veces, aun cuando ninguno haya sido sometido a datación, su utilidad pasa por el hecho de ser claramente atribuibles a un evento de fecha cierta, como una erupción volcánica reciente o registrada históricamente con fecha de ocurrencia. En tal caso, lo que está por debajo es » anterior a», y lo que queda por encima es obviamente posterior.

Otro tanto ocurre con las capas de una inundación de fecha conocida o de una corriente de barro, entre otros eventos de rápida ocurrencia.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post es de Chiche Ojeda – Trabajo propio, CC BY-SA 4.0,