En este mes de patria e historia…La ciencia detrás de la edad de las cosas

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En este mes patrio nos llenamos el corazón de orgullo contando las historias de nuestros héroes que con valentía y pasión liberaron a nuestro país, y lo convirtieron en una nación libre. Pero ¿cómo sabemos que realmente pasó? Sin duda hay muchísimas disciplinas encargadas de estudiar la historia, pero la ciencia juega un papel fundamental.

Al acto de atribuirle una fecha a un suceso o a un objeto se le conoce como datación. Al principio solo se podía hacer en base a la observación, y la fecha dada era una aproximación; pero gracias a los momentos “Eureka”, cada vez hay más métodos que nos ayudan a determinar con mayor exactitud cuánto tiempo tiene un objeto, y así ayudar a muchas disciplinas a entender cómo se fueron dando los momentos históricos.

Por ejemplo, antes de 1905, la mejor y más aceptada edad de la Tierra fue la propuesta por Lord Kelvin en base a la cantidad de tiempo necesario para que la Tierra se enfríe a la temperatura actual a partir de un estado inicial líquido.

Pero en 1896, Becquerel descubrió la radioactividad. Como la desintegración radiactiva de los átomos se produce de forma natural en la Tierra y proporciona otra fuente de calor, no considerada por Kelvin, esto significa que el tiempo de enfriamiento debe ser mucho más largo. Este gran descubrimiento dio lugar a los procedimientos de datación radiométrica, que actualmente son los métodos que aportan los datos más antiguos.

La datación radiométrica se basa en el hecho de que ciertos isótopos radioactivos inestables en la naturaleza (padres) decaen en isótopos estable (hijos) a una velocidad constante; Y cuando hablamos de isótopos no nos referimos al equipo de béisbol de Los Simpson (bueno, bueno a los científicos también se nos permite un poco de humor)

La mayor parte de los elementos existen en diferentes formas atómicas que son idénticas en sus propiedades químicas, pero difieren en el número de partículas neutras en el núcleo (neutrones). Para un mismo elemento, estos átomos se llaman isótopos. Como su masa es diferente, su relativa abundancia se determina en un espectrómetro de masas. Así, el decaimiento radioactivo puede ser observado en el laboratorio por: (1) Un medidor de radiaciones como un contador Geiger, que detecta el número de partículas de alta energía emitido por la desintegración de átomos en una muestra de material geológico. (2) Un espectrómetro de masas, que permite la identificación de los átomos hijos formados por un proceso de decaimiento en una muestra. Las partículas obtenidas por este proceso son parte de un profundo cambio en el núcleo. Como consecuencia de la pérdida de masa y energía, el átomo radioactivo se convierte en un átomo de un elemento diferente.

Dentro de la datación radiométrica hay muchos métodos, y quizá el más famoso es el de Carbono 14, el cual se utilizó para datar el sudario de Turín o la sábana Santa. El método del Carbono 14 es la técnica basada en isótopos más fiable para conocer la edad de muestras orgánicas de menos de 45 000 años. Está basado en la ley de decaimiento exponencial de los isótopos radiactivos.

El isótopo carbono-14 (14C) es producido de forma continua en la atmósfera como consecuencia del bombardeo de átomos de nitrógeno por rayos cósmicos. Este isótopo creado es inestable, por lo que, espontáneamente, se transmuta en nitrógeno-14 (14N). Estos procesos de generación-degradación de 14C se encuentran prácticamente equilibrados, de manera que el isótopo se encuentra homogéneamente mezclado con los átomos no radiactivos en el dióxido de carbono de la atmósfera. El proceso de fotosíntesisincorpora el átomo radiactivo en las plantas, de manera que la proporción 14C/12C en éstas es similar a la atmosférica. Los animales incorporan, por ingestión, el carbono de las plantas. Ahora bien, tras la muerte de un organismo vivo no se incorporan nuevos átomos de 14C a los tejidos, y la concentración del isótopo va decreciendo conforme va transformándose en 14N por decaimiento radiactivo.

La masa en isótopo 14C de cualquier espécimen disminuye a un ritmo exponencial, que es conocido: a los 5730 años de la muerte de un ser vivo la cantidad de 14C en sus restos se ha reducido a la mitad. Así pues, al medir la cantidad de radiactividad en una muestra de origen orgánico, se calcula la cantidad de 14C que aún queda en el material. Así puede ser datado el momento de la muerte del organismo correspondiente. Es lo que se conoce como “edad radiocarbónica” o de 14C, y se expresa en años BP (Before Present). Esta escala equivale a los años transcurridos desde la muerte del ejemplar hasta el año 1950 de nuestro calendario. Se elige esta fecha por convenio y porque en la segunda mitad del siglo XX los ensayos nucleares provocaron severas anomalías en las curvas de concentración relativa de los isótopos radiactivos en la atmósfera.

Al comparar las concentraciones teóricas de 14C con las de muestras de maderas de edades conocidas mediante dendrocronología, se descubrió que existían diferencias con los resultados esperados. Esas diferencias se deben a que la concentración de carbono radiactivo en la atmósfera también ha variado respecto al tiempo. Hoy se conoce con suficiente precisión (un margen de error de entre 1 y 10 años) la evolución de la concentración de 14C en los últimos 15 000 años, por lo que puede corregirse esa estimación de edad comparándolo con curvas obtenidas mediante interpolación de datos conocidos. La edad así hallada se denomina “edad calibrada” y se expresa en años Cal BP.

Existen otros métodos como:

Método del potasio-argón

En este método 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.

Método del rubidio-estroncio

Método 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.

Métodos con torio 230

Este método se utiliza 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 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.

Métodos con plomo

La edad plomo-alfa se estima determinando, con técnicas espectrográficas, el contenido total de plomo y de radiactividad alfa (en concentrados de circón, monacita o xenotima., este método se utiliza 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.

En fin, técnicas hay muchas y seguramente se irán descubriendo más, pero ¡Gracias ciencia por existir! Y permitirnos conocer con exactitud nuestro pasado para entender nuestro presente

 

Referencias

 

[1] John P. Rafferty, Geochronology, Dating and Precambriam time, Britannica Educational Publishing, ebook, 2010.

[2] Brian J. Skinner, Stephen C. Porter, The Blue Planet An Introduction to Earth System Science, John Wiley & Sons, Inc., 1994.

[3] N. J. Snelling, The Chronology of the Geological Record, British Geological Survey, London, 1986.

[4] A. H. Waptstra, G. Audi, C. Thibault. «AME atomic mass evaluation 2003»

http://www.ugr.es/~eaznar/matgeo/apuntes/datacion_radiometrica.pdf

http://www.edukativos.com/apuntes/archives/4560

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