la geologia, principios y metodos - U
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La Geología: principios y métodos La Geología es la ciencia que estudia la composición, la estructura y los procesos que tienen lugar en la Tierra y otros planetas. Para ello, además de utilizar principios y métodos propios, se utilizan recursos característicos de las otras ciencias. Este tipo de estudios no sólo se realizan para conocer las características actuales del planeta, sino también para conocer los procesos que tuvieron lugar en el pasado geológico. Por tanto, la Geología es una ciencia histórica que investiga el origen y evolución de la Tierra. La Geología está estructurada en varias disciplinas diferentes. Algunas reciben su nombre en función de la ciencia de la cual derivan sus técnicas, por ejemplo, el estudio de la estructura profunda de la Tierra mediante el análisis de sus propiedades físicas es el campo de la Geofísica, o el estudio de la composición química de la Tierra y de sus rocas es el campo de la Geoquímica. Otras ramas de la geología toman su nombre en base a su objeto de estudio, por ejemplo, el estudio de los sedimentos, de su acumulación y de las rocas sedimentarias es el campo de la Sedimentología. Al estudio de la vida antigua por medio del análisis de los fósiles se le da el nombre de Paleontología, disciplina muy relacionada con la Biología. Los estudios geológicos se pueden agrupar y clasificar de la siguiente forma: - Cristalografía y Mineralogía (estudio la composición de la Tierra a nivel de la materia cristalina y de los minerales). - Petrología (estudio de la composición, formación y evolución de las rocas). - Geología Estructural y Tectónica (que estudian la dinámica del interior terrestre, por ejemplo, los movimientos convectivos en el manto, el movimiento de las placas tectónica, y las deformaciones de la corteza terrestre (p. ej. la formación de montañas). - Geomorfología (estudio de la formación y evolución del relieve terrestre). - Hidrogeología (estudio del agua subterránea). - Sedimentología y Estratigrafía (estudio del origen y evolución de los sedimentos y, del acontecer histórico a través del registro litológico). - Paleontología (estudio por medio de los fósiles contenidos en las rocas del acontecer histórico, la evolución y la paleoecología). - Planetología (estudio de la Tierra en el contexto del Sistema Solar y las características "geológicas" de los planetas). - Geofísica (estudia las propiedades físicas de la Tierra). - Geoquímica (estudio de las propiedades químicas de la Tierra). - Geología Aplicada (aplicación de los conocimientos geológicos en temas muy diversos, como son entre otros, la búsqueda de recursos naturales, los riesgos geológicos, los problemas de ingeniería civil y el medio ambiente físico). 1. Particularidades de la Geología La geología es una ciencia histórica que presenta una serie de peculiaridades que definen y caracterizan el método científico usado por los científicos cuando trabajan en este campo. Veamos cuales son estas particularidades, y sus consecuencias. En primer lugar, cuando se analizan los procesos y fenómenos geológicos en términos físicos, se deben tener en cuenta los valores extremos que pueden alcanzar las magnitudes de las variables físicas en los procesos geológicos. Por ejemplo, la presión puede variar entre 1 atm, presión a la que se produce el proceso de erosión de una montaña, hasta 1x10 6 atm, presión a la que se deforman los materiales del núcleo terrestre. De igual modo las temperaturas a las que tienen lugar los procesos geológicos oscilan también entre valores extremos, de ±15ºC para los procesos superficiales o varios miles de grados para los procesos que tienen lugar en el interior de la Tierra. El parámetro físico que muestra una mayor diferencia con respecto a las magnitudes usuales es el tiempo, en geología la unidad de medida del tiempo es un millón de años (1 Ma). La mayoría de los procesos que tienen lugar en la Tierra son extremadamente lentos, desarrollándose en intervalos de varias decenas de millones de años. Por ejemplo, una montaña se eleva a una velocidad de 7 mm/año, en un intervalo de unos pocos millones de años. No obstante, existen también numerosos procesos geológicos que se producen en un corto intervalo de tiempo. Por ejemplo, un terremoto, que dura varios segundos, o una inundación, que suele durar varios días. Estos procesos situados en la escala temporal de la Tierra, 4500 x 106 años (edad de la Tierra), pueden considerarse instantáneos. La larga duración de muchos procesos geológicos junto con el valor extremo que alcanzan las variables físicas en muchos casos, conlleva que no se puedan reproducir en el laboratorio. No obstante, con las técnicas de modelización matemática y facilidades de calculo actuales, comienza a ser posible modelizar y simular mediante ordenador estos procesos. Otra peculiaridad geológica es que el razonamiento científico en la mayoría de los casos sigue un proceso de tipo deductivo. Donde las hipótesis de partida son confirmadas o rechazadas cuando se confrontan con los datos procedentes de la observación. De ahí, la gran importancia de la precisión y objetividad con que se deben realizar las observaciones geológicas, especialmente las realizadas en el campo. Debido a que los sistemas geológicos se caracterizan por ser únicos en el espacio e irrepetibles en el tiempo y a que se emplean abundantemente los razonamientos de tipo deductivo, es prácticamente imposible establecer leyes geológicas en sentido estricto, como ocurre en las otras ciencias. 2. Metodología de trabajo en Geología El método general de trabajo geológico de campo, se puede dividir en varias partes: 1) Al igual que en el resto de las ciencias, la investigación científica en geología comienza por el planteamiento de una pregunta. 2) Esta pregunta generalmente presupone una posible respuesta o respuestas que sirven al investigador para establecer una hipótesis de trabajo. 3) Una vez establecido y delimitado el problema, se procederá a una recogida de datos de campo mediante el levantamiento de cortes y mapas geológicos, descripción de las rocas, estructuras sedimentarias, estructuras tectónicas y fósiles, toma de muestras, recogida de datos geofísicos y geoquímicos. 4) Una vez obtenida la base de datos se procede a su análisis en el laboratorio y gabinete de los datos y muestras recogidos (análisis químicos, petrográficos, paleontológicos, geofísicos, etc.). 5) Finalmente, todo el proceso analítico dará lugar a una interpretación de los datos utilizando los principios geológicos enunciados en el apartado anterior, de manera que se pueda establecer la historia geológica de la zona estudiada o las condiciones bajo las que se desarrollo el proceso geológico estudiado. 3. Desarrollo histórico de la Geología como ciencia Desde la más remota antigüedad el hombre ha utilizado conocimientos geológicos, pues el conocimiento de la superficie y del subsuelo sobre el que habita es vital para su desarrollo. Por ejemplo, la búsqueda de recursos naturales es hasta la actualidad una de las actividades principales de la sociedad humana, y existen pruebas arqueológicas de que esta búsqueda comienza desde que el hombre empieza a usar herramientas en el Paleolítico. Pese a esto, la evolución de la geología como ciencia es muy reciente, pues se desarrolla en los últimos 200 años. Este retraso se debe a múltiples factores, entre ellos, la necesidad del desarrollo previo de las otras ciencias en las cuales se apoya (Matemáticas, Física, Biología y Química). Toda ciencia necesita tener un marco de referencia adecuado. En el caso de la Geología, el tiempo es quizá la magnitud más crítica, por ello la obtención de una escala temporal que permita valorar la duración y rapidez de los procesos geológicos fue desde el primer momento una cuestión vital para los científicos. Para ello, era necesario establecer la edad de formación de la Tierra, o lo que es lo mismo, su antigüedad. De hecho, se podría afirmar, que la búsqueda de la edad de la Tierra ha sido uno de los motores fundamentales para el desarrollo de la Geología como ciencia. Para calcular la edad de la Tierra se han realizado, a lo largo de la historia humana, gran variedad de estimaciones que dieron diferentes resultados. Las primeras estimaciones numéricas se realizaron en Europa. Así, realizando una interpretación del Antiguo Testamento, base de la cultura judeo-cristiana imperante en el mundo occidental, el arzobispo de Armagh en Irlanda, James Usher (1581-1665), calculó en 1654 que la Tierra había sido el año 4004 a.C. Algunos años más tarde, el Vicecanciller de la Universidad de Cambridge, el Dr. John Lightfoot, otro estudioso de la Biblia, determinó que la Tierra se formó el día 26 de octubre del año 4004 a.C. a las 9 h. El hecho de reducir la historia de la Tierra a 6.000 años parecía estar de acuerdo con el pensamiento ortodoxo cristiano, y tuvo una seria repercusión en el pensamiento geológico, pues con esa cantidad de tiempo, las estructuras geológicas que se observan en la superficie de la Tierra no pueden formarse lentamente y deben ser, por consiguiente, el resultado de eventos catastróficos. Otros cálculos posteriores, fueron incrementando la edad de la Tierra. Así, Georges Louis de Buffon (1707-1788), zoologo francés, asumió que la Tierra se formó a partir de una bola de material fundido que se había ido enfriando con el tiempo hasta su estado actual. Experimentando con bolas llegó a la conclusión de que la edad de la Tierra era de 96000 años, corregida luego a 75000 años al emplear materiales metálicos y no metálicos. Los sucesivos cálculos de la edad de la Tierra, hicieron cambiar lentamente el marco conceptual creacionista hacia otro catastrofista. Uno de los principales defensores de esta nueva corriente de pensamiento fue el barón Georges Cuvier (17691832). Cuvier estudio los fósiles de la cuenca de París, y llegó a la conclusión de que representaban formas de vida extintas. Según su interpretación las diferentes asociaciones fósiles representaban distintos actos de creación que habian desaparecido como resultado de violentas catástrofes. Así Cuvier interpretaba el diluvio universal como una catástrofe universal, lo cual complació a las autoridades eclesiásticas de la época. Hay que esperar varios años hasta que James Hutton (1726-1797) mediante la observación minuciosa del registro rocoso, llega a la conclusión de que las rocas antiguas se habían formado por los mismos procesos de erosión, sedimentación o actividad volcánica que se observan hoy día. Como los procesos de erosión y sedimentación que él observo eran extremadamente lentos, llego a la conclusión de que la Tierra no podía tener 6.000 años de antigüedad. Hutton nunca trató de poner una fecha, sólo resaltó la gran antigüedad de la Tierra. Las observaciones de Hutton fueron la base de la corriente de pensamiento opuesta al catastrofismo de Cuvier, el uniformitarismo. Al mismo tiempo que catastrofistas y uniformitaristas trataban de explicar el ritmo de los procesos geológicos, la polemica se centró también en tratar de explicar el origen de las diferentes rocas que se observaban en la corteza. Esto dio lugar a dos escuelas enfrentadas: el Neptunismo y el Plutonismo. Abraham Gottlob Werner (1749-1817), mineralogista alemán, fue el principal impulsor del Neptunismo: todas las rocas provenían de la deposición en un océano primordial de aguas turbias, que no era el resultantes del diluvio universal sino uno muy anterior. En este océano, por decantación se fueron depositando las diferentes rocas que se observan en la corteza, de a cuerdo al siguiente esquema: • rocas primitivas (igneas y metamórficas) • rocas transicionales (rocas detríticas y de precipitación química con algunos fósiles) • rocas secundarias (rocas sedimentarias con abundantes fósiles, calizas, carbones etc • rocas aluviales (sedimentos no consolidados) Werner, no sabía explicar el origen de las rocas volcánicas, que según su planteamiento carecían de importancia en el desarrollo de la corteza, y tampoco sabía explicar cómo había disminuido el nivel de las aguas, más allá de insinuar que se había evaporado y perdido en el espacio. Hutton, por otra parte, fue también el líder del movimiento plutonista. Gracias a sus minuciosas observaciones, él estaba convencido de que las rocas actuales eran restos de rocas anteriores que habían sido erosionadas, transportadas y sedimentadas por los ríos y finalmente depositadas. Según su razonamiento, conforme el sedimento se enterraba, era afectado por el incremento de presión y calor transformándolo en roca, en incluso llegándola a fundir en el interior de la Tierra. Finalmente, los procesos orogénicos trasladaban las rocas hasta la superficie donde, donde eran atacadas por los agentes meteóricos, poniendo en marcha un nuevo ciclo. Todas estas ideas fueron perfeccionadas y desarrolladas por naturalistas posteriores. Así, Charles Lyell en 1830, observó que al avanzar en el registro estratigráfico hacia los estratos más antiguos, las especies fósiles divergían con respecto a las actuales de una forma progresiva, y que por tanto, estos grandes cambios en la fauna y flora sólo podían haber ocurrido en un gran lapso de tiempo, germen de lo que se ha venido a conocer como gradualismo. Todas sus observaciones dieron lugar el Principles of Geology (1830-1833) basada en los principios uniformitaristas, y que es una obra capital en el nacimiento de la ciencia geológica. Así, Charles Darwin (18091882) acepta los principios de Lyell al formular su teoría del origen de las especies. Para Hutton y Lyell la Tierra tenia una antigüedad casi infinita, y no quedaban prácticamente vestigios de su principio. Otros científicos posteriores si creyeron que debía de existir una fecha precisa para el origen de la Tierra y propusieron varios métodos para calcular su edad: De este modo, Lord Kelvin en 1862, calculó la edad de la Tierra basándose, al igual que Buffon, en la idea de que nuestro planeta estuvo fundido inicialmente y que se había ido enfriando progresivamente desde su origen. A partir de varios parámetros, como el gradiente térmico y la conductividad de las rocas, situó el origen de la Tierra en el intervalo entre los 20 y los 400 Ma antes del presente. Estos resultados no se correspondían con las hipótesis uniformistas en Geología y evolucionistas en Biología, que preconizaban una gran antigüedad para la Tierra. Todo ello, dio lugar a importantes discusiones entre los físicos y los naturalistas. Hoy sabemos que los cálculos de Kelvin fueron incorrectos debido a que la Tierra no se enfrió en la forma que él supuso, ya que existe una fuente interna de calor desconocida en aquel momento, la desintegración radioactiva. Para confirmar o rechazar estos cálculos iniciales, se realizaron otros basados en: • Estimar la edad de la Tierra a partir del espesor total de rocas sedimentarias acumuladas durante toda la historia de la misma, conociendo la velocidad a la cual se acumularon los estratos. • Estimaciones basadas en el contenido en sodio de los océanos. Tras el descubrimiento de la radioactividad en 1896, en 1906 fue posible medir en un laboratorio la velocidad de transformación de los isótopos radioactivos. Por tanto, calculando en una muestra de roca la proporción de isótopos iniciales y finales, era posible hacer una estimación de su edad. Holmes en 1911, publico alguno de los primeros datos tentativos sobre la edad de minerales que contenían isótopos de Radio y Uranio, obteniendo una edad máxima de 2.000 Ma. Con las técnicas actuales sabemos que; las rocas terrestres intactas más antiguas tienen una edad de 3.960 Ma (gneises de Acasta Canadá. Método U/Pb - SHRIMP). Los minerales más antiguos datados tienen una edad de 4.200 -4.300 Ma (circones detríticos, Australia, método U/Pb - SHRIMP). Las muestras de rocas Lunares tienen edades radiométricas de 3700 Ma y 4600 Ma., y algunos meteoritos, llegan a tener edades radiométricas de 4540±70 Ma. Por tanto, podemos establecer que los procesos geológicos que clasificamos como lentos y de larga duración, en el marco temporal establecido (4.500 Ma) tienen una gran importancia en el desarrollo de las estructuras geológicas mayores (gradualismo). Sin embargo, los procesos geológicos rápidos y de corta duración, que se pueden considerar geológicamente instantáneos son también importantes en el desarrollo de muchas estructuras del registro geológico. 4. Métodos de datación temporal en Geología. Como hemos visto anteriormente, el tiempo es en Geología una mágnitud esencial a la hora de describir los procesos que tienen lugar en nuestro planeta. Esto es debido a la muy diferente duración de los procesos geológicos. De forma sintética se podría afirmar que los procesos geológicos pueden ser de dos tipos: a) Procesos lentos y de larga duración. Por ejemplo, el movimiento entre placas tectónicas, con velocidades entre 2 y 7 cm al año, y una duración de 100 a 200 Ma. b) Procesos rápidos y de corta duración. Por ejemplo, un terremoto que origina desplazamientos en fallas del orden de varios metros en algunos segundos. Impactos meteoríticos que producen desplazamientos de varios millones de m3 de roca en unos pocos segundos. Una inundación, que erosiona y transporta gran cantidad de material en unos días. Una de las herramientas clásicas de la Geología, y tal vez uno de sus más famosos clichés, es que "el presente es la clave para comprender el pasado” (principio del actualismo). Es decir, que los procesos geológicos que tienen lugar en la Tierra en la actualidad se pueden utilizar para interpretar los procesos que tuvieron lugar en el pasado geológico. Por ejemplo, si una caliza se forma en la actualidad en el mar, un fragmento de caliza del período Jurásico debería haberse originado también en un medio marino. Además, este análisis de los fenómenos que tuvieron lugar en el pasado puede servir para predecir procesos que pueden tener lugar en el futuro. Aunque también es cierto que el principio contrario (i.e., el pasado es la clave para comprender el presente) también es una ley deductiva muy utilizada en geología. Éste, y otros principios básicos clásicos que se comentarán a continuación son la base de la datación relativa de los eventos y fenómenos geológicos. Pues no en vano uno de los proposititos de la ciencia geológica siempre ha sido establecer las secuencias temporales en los procesos que han definido y que rigen la dinámica del planeta. Así, la datación de los procesos y materiales geológicos se realiza fundamentalmente de dos formas distintas: estas son la datación absoluta y la datación relativa. 4.1 Datación relativa La datación relativa se basa en los principios básicos de origen deductivo que sentaran las bases de esta ciencia. Mediante estos principios se consigue ordenar de manera relativa en el tiempo los procesos y materiales existentes en una región. Estos principios geológicos son: Principio de uniformidad de los procesos. Los procesos geológicos en el pasado han ocurrido de igual forma que en la actualidad. Aunque, algunas de sus características, como duración, velocidad, intensidad, etc., pueden ser distintas. Principio de superposición de estratos. (Nicholas Steno 1669). en una secuencia no deformada de rocas sedimentarias la roca más antigua está en el estrato más profundo y la más joven en el estrato superior. Es decir, los estratos se depositan inicialmente horizontales, situándose los más antiguos debajo. Aunque, como veremos, existen numerosas excepciones. Este principio asume que: - La deposición de los sedimentos se produce en capas esencialmente horizontales (principio de la horizontalidad original) - La deformación no es lo suficientemente intensa para que se haya producido una inversión de la serie. El principio de superposición de estratos permite establecer el orden de sucesión de los estratos en una zona determinada, es decir, determinar la antigüedad relativa de cada uno de ellos. Para realizar este tipo de determinaciones suele ser necesario conocer con precisión la estructura de la región. En algunos casos especiales, p.ej. en los estratos que se forman en los lagos de origen glaciar - varvas glaciares-, esta técnica permite asignar una fecha numérica más o menos precisa a cada estrato. Principio de continuidad lateral (Nicholas Steno 1669).Los estratos se extienden originalmente en todas las direcciones adelgazando hasta alcanzar grosor nulo o hasta que terminan contra los bordes del área original de deposición. Principio de sucesión faunística. La flora y fauna fósil aparecen en el registro geológico con un orden determinado. Pudiendo reconocerse cada periodo geológico por sus fósiles característicos. El contenido en fósiles de los estratos permite determinar su edad relativa, con un error más o menos grande. Los fósiles comenzaron a utilizarse como herramientas cronológicas a finales del siglo XVIII, es decir, mucho antes del nacimiento de las teorías evolucionistas. Por tanto, los primeros paleontólogos los interpretaron como entidades biológicas inmutables, surgidos en creaciones divinas sucesivas, y extinguidos en grandes catástrofes (creacionismo). Este principio fue establecido por William Smith (1769-1839), a comienzos del siglo XIX, al estudiar las asociaciones faunísticas de las rocas del sur de Inglaterra. Smith utilizó los fósiles para identificar y clasificar determinados estratos, llegando varios años después mediante la ampliación de esta idea a clasificar los terrenos según su contenido en fósiles, elaborando así los primeros mapas geológicos y estableciendo de este modo el orden relativo de los estratos. Sobre esta hipótesis, de que las formaciones geológicas que se suceden en el tiempo tienen diferentes asociaciones de fósiles (sucesión biótica) que son progresivamente convergentes, nace el Principio de Sucesión Faunística y la cronología bioestratigráfica. Así, para determinar la edad relativa de las rocas (con un error de varias decenas de Ma) se usan las asociaciones de fósiles o los fósiles guía (especie fósil delimitada estrechamente en el tiempo y con una gran dispersión geográfica). Estos últimos, son útiles no sólo como indicadores cronológicos, sino también, como elementos de correlación. Principio de las relaciones de corte (tectónicas o magmáticas). El estudio de las relaciones de corte entre diversas estructuras (p. ej. fracturas, diques, diaclasa, etc.) permite determinar el orden en que se han generado y por consiguiente, ordenar los procesos magmáticos y/o tectónicos que se han producido en una región. Este principio establece que las intrusiones ígneas, las fallas y los pliegues son más jóvenes que las rocas a las que afectan. Principio de las relaciones de inclusión. Permite establecer el orden relativo en los casos donde unos materiales engloban a otros, puesto que un fragmento de roca incluido o incorporado en otro es más antiguo que la roca huésped. Principio de desarrollo del paisaje. Generalmente, los paisajes con mayor relieve topográfico son más jóvenes que los de menor relieve. Así, la determinación de la intensidad del relieve que existe en una región permite inferir en cierta medida la antigüedad relativa del mismo. La edad de algunas superficies recientes, en ciertos tipos de climas, se pueden datar de una forma precisa analizando el grado de recubrimiento por líquenes de esa superficie (liquenometrías). Densidad de craterización. Este método se aplica básicamente a la superficie de los planetas, y permite establecer su antigüedad en términos relativos en función del numero de cráteres que tienen su superficie. No obstante en su aplicación hay que realizar numerosas correcciones en función del tipo de atmósfera del planeta, los procesos litosféricos, etc. Sin embargo, a la hora de aplicar estos principios hay que tener en cuenta que aunque el tiempo geológico es continuo, el registro geológico es discontinuo. Las discontinuidades que se observas en el registro geológico reciben el nombre de inconformidades. Una Inconformidad se define por tanto como un vacío o laguna sedimentaria en una secuencia de rocas; las inconformidades puede ser de alguno de los siguientes tipos: - Inconformidad angular (disconformidad angular) - Disconformidad: inconformidad entre capas concordantes - No conformidad: discordancia sobre un macizo no estratificado (v.gr. plutón). 4.2. Datación absoluta o radiométrica En la naturaleza existen una serie de procesos que se producen a un ritmo fijo. Estos procesos permiten establecer, si se conoce el ritmo de la transformación y se puede medir la cantidad de producto final, determinar la edad absoluta del material geológico. Así, se pueden establecer edades absolutas entre 0 y 4500 Ma. Henri Bequerel (1852-1908) descubrió la radioactividad natural en 1896, y gracias a ello Lord Rutherford (1871-1937) definió la estructura del átomo, e insinuó que la desintegración radioactiva podría usarse para hacer dataciones absolutas de los eventos geológicos. Los principios en los que se basan la datación absoluta son: - Los isótopos radioactivos son inestables - Sus núcleos se desintegran espontáneamente transformándose en átomos diferentes. - En este proceso se libera energía - Cada sustancia radioactiva se desintegra a un ritmo constante y propio que en algunos casos es muy lento. Los procesos de desintegración radiactiva reúnen estas características y en ellos están basados los principales métodos de datación absoluta de los materiales geológicos. La radioactividad es una propiedad de los núcleos atómicos y es independiente del estado químico o físico, por tanto, no es afectada por la temperatura, presión, gravedad, etc. La probabilidad de que se produzca la desintegración radioactiva depende solamente de las características de los núcleos atómicos, siendo especifica de cada isótopo radioactivo. Así, el número de átomos (n) de un elemento que se desintegran en un período de tiempo especifico es directamente proporcional al numero de átomos radioactivos iniciales (N). n/N es cte a lo largo del tiempo y dicha constante se denomina constante de desintegración y se suele representar por la letra λ ( n/N = λ ). La cantidad original (N) se reduce exponencialmente con el tiempo. Por tanto, la ley de la desintegración radioactiva indica que el número de átomos que se desintegran por unidad de tiempo (-dn/dt) es proporcional al numero total de átomos radioactivos (N) iniciales. Entonces -dn/dt=λN donde λ es la constante de desintegración, que como hemos visto representa la fracción de átomos padre que se desintegra por unidad de tiempo y tiene un valor característico para cada isótopo radioactivo. La desintegración nuclear se produce en la naturaleza bien mediante la emisión de una partícula α (es decir un núcleo de Helio, 4 He), o bien mediante la emisión de una partícula β (un electrón nuclear, e-) Así por ejemplo: C → 14N + β 14 Rb → 87Sr + β 87 pero, 238 U →206 Pb + 8α 232 Th →208 Pb + 6α A veces el proceso de desintegración radiactiva no es único, y presenta diferentes vías reactivas. Este es el caso del potasio 40, que presenta dos vías diferentes, de acuerdo a las siguientes ecuaciones: K + e→ 40 40 Ar, para el 11% de los átomos (e es un electrón orbital, capturado por el núcleo) K → 40Ca + β, para el 89% restante de los átomos 40 El ritmo al que se produce la desintegración radiactiva está representado por la vida media (tiempo requerido para que una población de isótopos radioactivo se reduzca a la mitad). La vida media de los isótopos más usuales es: 87 Rb - 87Sr 48.000 Ma; 40 1.300 Ma K - 40Ar 238 U - 206 Pb 14 C - 14N 4.500 Ma 5730 años Por tanto, para datar materiales muy antiguos se deben buscar isótopos de vida media grande, y viceversa. Una forma de la ecuación para calcular la edad radiométrica es: N = (1− λ ) y NO Donde: No es el número original de átomos radiactivos en la muestra de mineral padre, N es el número de átomos radiactivos que quedan en la muestras después del lapso de tiempo que deseamos conocer, λ es la constante de desintegración del elemento en cuestión, y es el número de unidades de tiempo transcurridas. En su forma logarítmica la ecuación anterior queda expresada de la siguiente manera: log N = y[log(1 − λ )] No log(1-λ) es constante, puesto que λ lo es. Por lo tanto, N/No es directamente proporcional a y, es decir al tiempo que el elemento radiactivo ha estado desintegrándose. Si hacemos que la unidad de tiempo para calcular λ sea el periodo de semivida T, entonces λ=0.5, por definición. Por lo tanto, log(1-λ) = log(1-0,5) = log0,5 = -0,3. Sustituyendo en la ecuación logarítmica obtenemos: log N = −0,3y No Donde y es el número de semividas que han transcurrido desde que se formó el mineral analizado. Por tanto, la edad de la roca se determina midiendo N y No, y resolviendo la ecuación para y. Una vez conocido y, multiplicando y . T, se obtienen los años transcurridos desde que se formó el mineral. Existe un método radiométrico muy útil en las dataciones de materia orgánica, es el método del 14C-14N , que difiere ligeramente de los anteriores. El 14C se forma continuamente en la atmósfera a partir de la interacción entre el N atmosférico y los neutrones que llegan a la misma n+14N →14C+p+E Este carbono radioactivo se encuentra en una proporción de 1 a 1012 con respecto a los isótopo 12C y 13C, y se combina con el oxígeno formando CO2 , el cual se difunde rápidamente por la atmósfera, biosfera e hidrosfera. Las plantas y animales utilizan el CO2 de la atmósfera durante su vida, siendo la proporción 14C/12C en sus tejidos la misma que en la atmósfera. Sin embargo, cuando el organismo muere deja de acumular 14 C y como este se transforma en 14N (mediante la emisión de una partícula β). La relación 14C/12C comienza a ser menor que en la atmósfera y su medida, o la del nivel de radioactividad de los isótopos de 14C que todavía contiene, puede utilizarse para determinar el tiempo transcurrido desde la muerte del organismo. Este método se suele usar generalmente sobre, conchas, madera, agua, hielo, huesos, carbón y turba. Los resultados obtenidos con este tipo de procedimientos presentan muchas veces el problema de su significado geológico, de forma que sus resultados deben analizarse con sumo cuidado. Existen también, otros métodos basados de forma indirecta en la desintegración radiactiva. En ellos se suele medir su efecto sobre la estructura cristalina, este es el caso, por ejemplo, del método de las huellas de fisión. 5. La escala cronoestratigráfica Durante los siglos XVIII, XIX y comienzos del XX, se usaron los procedimientos de datación relativa (superposición de los estratos, relaciones de corte y de inclusión, etc.) con el objeto de ordenar y correlacionar los diferentes estratos y terrenos geológicos. Así, se construyeron los primeros mapas geológicos, y se estableció una primera agrupación de los estratos y las rocas en: Primario, Secundario, Terciario y Cuaternario o Diluvial. Cuando se fueron determinando con mas precisión los fósiles característicos de cada estrato, se definieron otras unidades bioestratigráficas más precisas, caracterizadas por la existencia de uno o varios fósiles guía, estas unidades recibieron diversos nombres en función de la zona geográfica donde se definían (p.ej. Jurásico de la región del Jura en el Sur de Francia, o Cámbrico de la región de Gales Cambria en latín-). Cuando estas unidades se correlacionaron a nivel global, se estableció un primer calendario estratigráfico general, con el cual se podía dividir la historia de la Tierra en varios periodos. Como ya hemos comentado, los nombres que reciben los diferentes períodos hacen referencia generalmente a los lugares donde se estudiaron y definieron inicialmente, mientras que los nombres de los eones, eras y épocas se asignaron en función del tipo de fósiles existentes en las rocas de cada período (p.ej. Paleozoico = vida antigua o Fanerozoico = vida visible). Veamos el origen etimológico de algunos de los nombres de los periodos geológicos: - Cámbrico: proviene de Cambria nombre latino de Gales - Ordovícico: de la tribu galesa de los ordovices - Silúrico: de la tribu de los Silures - Devónico; de Devonshire - Carbonífero: por la abundancia de carbón - Pérmico: provincia rusa de Perm al oeste de los Urales - Triásico: división en tres capas - Jurásico: montes del Jura al sur de Francia - Cretácico: de creta, tiza en latino La datación absoluta de rocas pertenecientes a cada una de esta divisiones, especialmente las que definían sus limites, permitió asignar a cada división una edad numérica precisa y la construcción de una calendario cronoestratigráfico . Bibliografía Agueda, J.A.; Anguita, F.; Araña V.; López Ruiz, J.; Sánchez de la Torre, L., (1983). Geología. 2ª Ed. Madrid. Rueda. Anguita, F. (1988).Origen e historia de la Tierra (1988).. Madrid. Rueda Meléndez Fuster, B. (1981).Geología. Ed. Paraninfo, Marid, 911 pp. Stokes, W. L. 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