Problemas del Conocimiento en Ingeniería y Geología, Vol. I L. A. Godoy (Editor) Editorial Universitas, Córdoba, Agosto 2003, pp. 53-64 LA INDUCCIÓN COMO MÉTODO CIENTÍFICO PARA ESTABLECER LA GÉNESIS DE LA ILLITA EN ROCAS DE BAJO GRADO DE METAMORFISMO Gilda Collo CONICET y Cátedra de Geología Tectónica, Departamento de Geología Básica, Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Universidad Nacional de Córdoba. Av. Vélez Sarsfield 1611. 2° Piso - Oficina 6. 5000. Córdoba. E-mail: gcollo@efn.uncor.edu Resumen: Para analizar el método utilizado para establecer la génesis de la illita en el metamorfismo de bajo grado, se consideran dos trabajos muy citados por científicos que trabajan en esta área de la geología. Del estudio de estas dos publicaciones (Hower et al. 1976 y Eberl 1993) surge que están presentes todos los elementos que componen por definición el inductivismo. La mayor diferencia entre la metodología utilizada en los trabajos con este método es que ninguno de los dos establece leyes científicas, sino que presentan soluciones particulares para una localidad en particular y que estas soluciones no se enuncian como verdades absolutas, sino que aparecen como verdades probables o como postulados. Se encontró también que con posterioridad a estos trabajos los resultados son publicados por otros autores como verdaderos, lo que constituye un problema en el sentido que se genera nueva información sobre resultados no verificados totalmente. A modo de conclusión general se establece en este trabajo que el método inductivista refleja muy bien el método utilizado por los científicos que trabajan en el metamorfismo de bajo grado. Palabras clave: Metodo científico, Inducción, Geología, Illita, Metamorfismo de bajo grado. 53 1 INTRODUCCIÓN El problema de la metodología científica ha sido discutido ampliamente en epistemología porque según algunas corrientes es la base de la credibilidad que tiene la ciencia; de manera que resulta importante identificar en disciplinas específicas cuales son las metodologías dominantes y de qué manera se llevan a cabo en la práctica. Los métodos científicos utilizados en geología son muy variados y se emplean principalmente en función de la disciplina en la cual se esté trabajando. Los objetos geológicos son físicos, químicos e históricos, y por lo tanto cualquier problema que se aborde es de gran complejidad, generalmente los problemas no pueden reproducirse en laboratorio dado que son fenómenos naturales. Particularmente en el metamorfismo de bajo grado, los científicos trabajan con rocas de grano muy fino por lo cual las reacciones de génesis minerales no pueden establecerse fácilmente bajo el microscopio óptico de transmisión, como si se hace con rocas de grados metamórficos más altos. Se usan entonces métodos indirectos mediante los cuales se establece la forma en que aparecen los minerales de estas rocas. El objetivo de este trabajo es estudiar si el método inductivista representa de alguna manera el método científico utilizado para establecer las reacciones metamórficas que generan illita, y para esto se analizarán dos trabajos muy citados por los científicos que trabajan en esta área de la geología. Cabe agregar que el presente trabajo pretende revisar la metodología aplicable a sedimentos arcillosos afectados por metamorfismo de bajo grado. 2 MARCO GEOLÓGICO La illita es un mineral del grupo de las micas, no-expandible, dioctaédrica, aluminosa y potásica que se presenta en la fracción de tamaño arcilla (menos de 4 µm). Los sistemas en los que este mineral aparece pueden corresponder a ambientes de alteración, ambientes sedimentarios, ambientes diagenéticos/metamórficos y ambientes hidrotermales. Particularmente, en el ambiente diagenético/metamórfico, se atribuye la aparición de la illita a procesos que incrementan la temperatura y la presión, consideradas estas las variables principales. Esta aparición por lo general se expresa en forma de reacciones de equilibrio, en las cuales un conjunto de minerales inestables se transforma, en un sistema teóricamente cerrado, en otro conjunto de minerales estables ante las nuevas condiciones de presión y temperatura. En los sedimentos del Gulf Coast de los Estados Unidos, la aparición de este mineral fue estudiada por varios autores, siendo uno de los primeros trabajos el de Hower et al. (1976) quienes propusieron que la illita se generaba mediante la siguiente reacción: Illita/montmorillonita ↔ clorita rica en aluminio + illita + cuarzo + agua. 54 En 1993 Eberl realiza una reinterpretación de los datos publicados por estos autores e incorpora estudios posteriores realizados en el mismo lugar y propone para la formación de la illita tres zonas diferentes en función de la profundidad. Es importante destacar que en los trabajos que se analizarán no se postulan leyes científicas, sino que se intentan establecer los procesos mediante los cuales un mineral se genera en una roca particular de una localidad específica. Salvando estas diferencias categóricas, se intentará relacionar el método inductivista con el o los metódos utilizados por Hower et al. (1976) y Eberl (1993). 3 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL MÉTODO INDUCTIVO El método inductivista consiste en “derivar” una ley científica de un número finito de pruebas observacionales y experimentales. Para que una inferencia inductiva esté justificada es necesario que se cumplan las siguientes condiciones: 1- “El número de enunciados observacionales que constituyen la base de una generalización debe ser grande.” 2- “Las observaciones se deben repetir en una amplia variedad de condiciones.” 3- “Ningún enunciado observacional aceptado debe entrar en contradicción con la ley universal derivada.” El enunciado del principio de inducción que resume lo antes expuesto es el siguiente: “Si en una amplia variedad de condiciones se observa una gran cantidad de A y si todos los A observados poseen sin excepción la propiedad B, entonces todos los A tienen la propiedad B.” (Chalmers 2002). Se puede representar gráficamente este método, incluso anexando un estadío posterior al mismo relacionado con el proceso deductivo, que va a ser útil para explicar algunos puntos de este trabajo. Hechos adquiridos por observación y experimentación ⇓ Inducción ⇓ Leyes y Teorías ⇓ Predicciones y Explicaciones Es importante destacar que los hechos adquiridos por medio de la observación o experimentación presuponen un entramado conceptual adecuado. Otro punto importante es que el método inductivo introduce un concepto nuevo que surge de la necesidad de evitar 55 algunos de los problemas que el método presenta. Se trata entonces de debilitar la idea de que el conocimiento científico sea verdadero y se trata a los conocimientos como probablemente verdaderos a la luz de la evidencia. Ambos puntos también van a ser tenidos en cuenta a lo largo del trabajo. 4 SINTESIS DE LOS TRABAJOS ANALIZADOS En esta sección se presenta una descripción detallada de los trabajos. Esta fué llevada a cabo sobre la base de los elementos que componen el método inductivo. Al finalizar la descripción de cada trabajo se hace un resumen que se presenta como un cuadro análogo al establecido más arriba, con el fin de facilitar la comparación entre los elementos de cada una de las publicaciones y los del método propiamente dicho. A. “Mecanismo de metamorfismo de soterramiento de sedimentos arcillosos: 1. Evidencia mineralógica y química.” Hower et al. 1976. Estos autores presentan como proposición primaria de la publicación “Examinar las variaciones mineralógicas asociadas con la conversión de capas de smectita a capas de illita y, en una secuencia metamórfica de soterramiento, intentar definir todas las reacciones metamórficas importantes involucradas.” Para esto establecen en primer lugar cuáles son las posibles causas de la variación mineralógica. Presentan dos hipótesis como probables (1. Cambios en la mineralogía original de los sedimentos y 2. Cambios producidos por el soterramiento) y, mediante un método de Hipótesis múltiples, deciden que la hipótesis que mejor explica la variación mineralógica en los sedimentos estudiados es que los cambios son producidos por el soterramiento. A partir de aquí todos los análisis se realizan con esta variable fija. Descripción del trabajo En el trabajo se distinguen claramente enunciados observacionales singulares realizados en variadas condiciones de los que se desprenden enunciados universales. A.1. Enunciados singulares A.1.1 Principales enunciados mineralógicos observacionales: 1- “La Calcita decrece en abundancia con la profundidad, desapareciendo de las fracciones de tamaño de partículas progresivamente más grandes.” 2- “Illita/smectita es el mineral más abundante en la argilita. Su composición cambia de una fase teniendo menos del 20% de capas de illita a otra teniendo 80% de capas de illita en un intervalo estratigráfico de 2000 a 3700 m, luego del cual el porcentaje de capas de illita permanece constante. En las fracciones de grano fino en una muestra dada, el porcentaje de capas de illita es inversamente proporcional al tamaño de partícula.” 56 3- “El feldespato potásico está presente en las muestras de argilitas de la zona superficial, decreciendo en cantidad entre los 2500 y 3700 m, debajo de los cuales está ausente.” 4- “La clorita está ausente en todas las muestras de profundidades más someras que los 2500 m. Crece en abundancia entre los 2500 y 4300 m, después de los cual su abundancia permanece constante.” 5- “El contenido de caolinita decrece abruptamente debajo de los 3400 m.” 6- “La mica está presente en todas las muestras pero es más abundante en las fracciones gruesas de la argilita de las zonas someras.” A.1.2 Principales enunciados químicos observacionales: 1- “La única variación química dependiente de la profundidad sorprendente es la del CaO, que refleja la variación en el contenido de calcita de la argilita...” 2- “El MgO y el Fe2O3 no muestran una variación significante y el Al2O3 se incrementa levemente con la profundidad.” 3- “El SiO2 y el K2O son significantemente más abundantes en las argilitas más profundas.” 4- “El contenido de Na2O es menor en las argilita más profunda.” A.2. Condiciones en las que se realizaron los análisis: Para desarrollar su trabajo el autor realiza la descripción de la secuencia estratigráfica para lo cual utiliza métodos analíticos que describe en forma detallada haciendo hincapié en las deficiencias que presenta uno de los métodos: a) Separación del tamaño de grano, b) Difracción de Rayos X y c) Análisis químicos. A.3. Enunciados Universales: 1- “Los cambios mineralógicos y químicos dependientes de la profundidad observados en la secuencia metamórfica de soterramiento del Gulf Coast de Texas...sugieren fuertemente que la reacción principal en las argilitas es smectita + feldespato potásico + mica = illita + clorita + cuarzo.” 2- “La disolución de Calcita y la pérdida de calcio y CO2 de la argilita metamorfizada también parecen haber tenido lugar. Parece no ser necesario apelar a la introducción de algún componente químico a la argilita para explicar los cambios mineralógicos observados.” 3- “La reacción parece proceder de la redistribución de componentes presentes en la argilita.” 4- “La variación en la mineralogía y en la composición química de la argilita dependiente de la edad, puede ser atribuida a un incremento general en el grado metamórfico de soterramiento con el tiempo.” Algunos puntos a destacar son que los autores de este trabajo realizan todas las observaciones sobre las que luego establecen los enunciados universales. Todas tienen un carácter descriptivo importante, y se les destina en el trabajo varios párrafos que se encargan de detallar cada una de las características establecidas para las rocas. El paso desde los enunciados singulares a los enunciados universales se hace mediante interpretaciones de cada una de las lecturas y se presenta en el trabajo bajo el título de discusión, aunque 57 permanentemente y a lo largo de todo el trabajo los autores hagan mención acerca de las causas que atribuyen a cada una de las lecturas. En esta instancia utilizan en algunos casos el método deductivo con un modo predictivo, estableciendo lo que debería suceder y comprobando que en realidad eso ocurra o no. En síntesis, el trabajo de Hower et al. (1976) puede esquematizarse como: Marco Teórico Visiones presentes en la Naturaleza de las reacciones de metamorfismo de soterramiento en argilitas ⇓ Hechos adquiridos por observación y experimentación Resultados Mineralógicos 1-Distribución del tamaño de partícula 2-Contenido de arcilla en las diferentes fracciones de tamaño de grano 3- Variaciones mineralógicas Resultados Químicos 1-Variaciones de la composición global de la argilita con la profundidad ⇓ Leyes y Teorías Reacción de génesis de la illita: smectita + feldespato potásico + mica = illita + clorita + cuarzo ⇓ Predicciones y Explicaciones Realizadas sobre la reacción establecida B. “Tres zonas para la formación de la illita durante diagénesis y metamorfismo de soterramiento.” Eberl 1993. El autor presenta el objetivo principal del trabajo mediante el siguiente párrafo: “La presente contribución reinterpreta los datos originales a la luz de evidencias de microscopía electrónica, isotópicas y químicas más recientes.” En primer lugar el autor hace una reinterpretación del trabajo de Hower et al. (1976) y concluye que el proceso propuesto por este autor para la génesis de la illita no representa exactamente lo que ocurre en el Gulf Coast. De allí en adelante el trabajo consiste en mostrar las evidencias mediante las cuales Eberl postula que no es uno sino que son tres los procesos mediante los cuales se genera ese mineral. 58 Descripción del trabajo Eberl separa cada uno de los grupos de evidencias en las que sustenta la definición de las tres zonas de formación de illita. A partir de estas observaciones el autor realiza sus postulados. B.1. Principales enunciados observacionales singulares B.1.1 Cambios en la expandibilidad: 1- “La figura indica que la tasa de formación de capas de illita cambia con la profundidad: al principio la expandibilidad decrece gradualmente al 58% (1.85 a 3 Km; Zona 1), luego decrece más rápidamente a alrededor del 20 % (3 a 4 Km; Zona 2); y luego permanece constante a alrededor de 20% (≥ 4 Km; Zona 3).” B.1.2 Cambios en la evidencia K-Ar: 1- “El ploteo de los datos de K-Ar para la fracción < 0,1 µm da una clara ilustración de las tres zonas...” 2- “Tres zonas son entonces evidentes para la fracción < 0,1 µm de los ploteos de 40*Ar como función de la profundidad: una zona somera, de 1,25 a 3 Km, donde 40*Ar es relativamente constante con la profundidad; una zona media, de 3 a 4 Km, donde las arcillas incrementan en 40* Ar con la profundidad; y una zona profunda (>4 Km), donde las arcillas pierden 40*Ar con la profundidad.” B.1.3 Evidencia isotópica y química: 1- “El límite entre las zona 2 y 3 no está claramente delineado por el dato de D. El dato de 18O no muestra límites...” 2- “Un incremento en el porcentaje en peso del SiO2 de las arcillas con la profundidad parece tener un quiebre en la pendiente cerca del límite entre las zonas 1 y 2, mientras que el límite 2-3 no muestra quiebre.” B.1.4 Evidencia mineralógica semicuantitativa: 1- “Los minerales más abundantes en la argilita son I/S y cuarzo. I/S, caolinita, calcita, feldespato potásico y mica generalmente decrecen con la profundidad; mientras que cuarzo, clorita y plagioclasa generalmente se incrementan con la profundidad.” B.1.5 Evidencia de microscopía electrónica: 1- “Muestras de argilitas de 1,75, 2,45 y 5,5 Km del pozo CWRU6 estudiadas con esas técnicas revelan cambios en las texturas para las arcillas con la profundidad...” B.2. Condiciones en las que se realizaron los análisis: Los datos que utiliza el autor para realizar cada una de las observaciones no son obtenidos por él, sino que son recopilados de estudios anteriores realizados por otros autores incluyendo a Hower et al. (1976). 59 B.3.Enunciados universales: 1- “Entonces, se propone que las tres zonas, definidas empíricamente por esos métodos, corresponden a cambios en los mecanismos con la profundidad para la formación de illita.” 2- “El presente trabajo llega a conclusiones muy diferentes. Más que una reacción envolviendo a la illita, tres reacciones son propuestas con el incremento de la temperatura: intercambio del ion K resultando en la trasformación de la smectita en illita, precipitación de illita y recristalización de illita.” Síntesis del trabajo de Eberl (1993): Marco Teórico Recopilación y síntesis de trabajos anteriores realizados en el tema. ⇓ Hechos adquiridos por observación y experimentación 1-Cambios en la expandibilidad 2-Cambios en la evidencia K-Ar 3-Evidencia isotópica y química 4-Evidencia mineralógica semicuantitativa 5-Evidencia de microscopía electrónica ⇓ Leyes y Teorías Se proponen tres reacciones para la génesis de la illita con el incremento de la temperatura ⇓ Predicciones y Explicaciones Realizadas sobre las reacciones establecidas 5 DISCUSIÓN Ambos autores realizan sus interpretaciones y observaciones dentro de un marco teórico establecido, que es brevemente descripto al comenzar cada uno de los trabajos. En este marco Hower et al. (1976) generan las observaciones que conducen a los enunciados singulares, mientras que Eberl (1993) recopila las observaciones (realizadas por otros autores) necesarias para resolver el problema. Es claro que en ambos casos el marco teórico antecede la recolección de datos. Estos datos en ocasiones son percibidos por los sentidos directamente, aunque la mayoría de las veces se leen indirectamente de patrones particulares obtenidos por las diversas técnicas utilizadas. En ninguno de los casos se realizan experimentos de confirmación, ya que las condiciones en las que ocurrieron los fenómenos en estudio (presión, temperatura y tiempo principalmente) no son reproducibles en el laboratorio. 60 Para cada uno de los enunciados universales propuestos por los autores, los enunciados observacionales singulares fueron abundantes y, en ambos casos, las condiciones en las que se realizaron los análisis abarcan una amplia gama. En el caso de Hower et al. los autores utilizan varios métodos para observar el mismo fenómeno, como fue detallado más arriba. En el caso de Eberl el hecho de que las observaciones hayan sido extraídas de trabajos realizados por otros autores hace que las condiciones hayan sido diferentes y variadas. De este modo las dos primeras condiciones del método inductivista están presentes. Del análisis de los enunciados universales presentados por Hower et al. se desprende claramente que los conocimientos son tratados como probablemente verdaderos a la luz de la evidencia. Si consideramos como enunciado universal más relevante el que hace mención a la reacción: smectita + feldespato potásico + mica = illita + clorita + cuarzo; vemos que los autores presentan esta reacción como la más fuertemente sugerida por las interpretaciones derivadas de las observaciones realizadas en las rocas. En el resumen del trabajo, esta reacción es presentada como la que se aproxima más cercanamente a las proporciones atómicas observadas. A pesar de no ser ésta planteada como una verdad absoluta, sino como una verdad probable, la reacción es citada en trabajos posteriores e incluso en libros de texto (Srodon y Eberl 1987) en la siguiente forma: “La reacción que ocurre en los sedimentos del Gulf Coast es (Hower et al. 1976): smectita + feldespato potásico (+mica?) = illita + clorita + cuarzo.” Sin dudas esto genera confusiones e inexactitudes cuando uno recurre a libros de texto para comprender algo en particular. A diferencia de los resultados presentados por Hower et al. (1976) como verdades probables, Eberl presenta los suyos en calidad de postulados. Se observa aquí claramente que, a diferencia de otras ramas de la ciencia en las cuales la metodología de trabajo tiene como primer paso la elaboración de una hipótesis de la cual surge una ley como resultado, en ocasiones en la geología el resultado de un trabajo puede ser un postulado. Esto ocurre generalmente en ámbitos geológicos sobre los cuales se tiene muy poca información, lo que impide lógicamente generar hipótesis fácilmente. Además de tratar los resultados como postulados, Eberl presenta el trabajo con una estructura en la que es más complicado establecer cuál es la modalidad del trabajo. La reinterpretación de los resultados de Hower y la presentación de las conclusiones se realizan en la introducción del trabajo, mientras que en la conclusión propiamente dicha se hacen predicciones y dan algunos detalles sobre cada una de las zonas propuestas. Hower et al. (1976) hacen también algunas predicciones en base a los enunciados universales que se establecen en el trabajo, como por ejemplo: “La reacción simple mostrada arriba predice una ganancia de un átomo de aluminio y una pérdida de un átomo de silicio por cada ganancia de un átomo de potasio”; aunque a diferencia de Eberl estas predicciones están en el marco de la discusión del trabajo. 61 De este modo se ve reflejada, en ambos trabajos, la aparición del método deductivo como complemento del método inductivo, tal como fue presentado más arriba. Los verbos utilizados con mayor frecuencia por ambos autores son sugerir, poder ser, atribuir, parecer, intentar, creer, estimar, representar, pensar, implicar, proponer, revelar, delinear, involucrar y conducir; y entre los adjetivos predominan probable, improbable, compatible, consistente y posible. De la sola lectura tanto de los verbos como de los adjetivos surge que no hay una certeza absoluta acerca de las interpretaciones ni acerca de las conclusiones a las que llegan. Todo lo presentado hasta aquí relaciona fuertemente a ambos métodos de trabajo con el inductivismo. Como se dijo más arriba, la mayor diferencia de ambos trabajos con respecto a este método es que estos no generan enunciados universales, sino que sólo encuentran la mejor explicación para un problema muy puntual de un ámbito geológico particular. De todos modos, la imposibilidad de realizar todos estos análisis en cada ámbito en el que se intente explicar la aparición de la illita, y la verificación en el transcurso del tiempo de los procesos propuestos por estos autores para otras localidades geológicamente similares, hacen que, como se vio más arriba (Srodon y Eberl 1987), estas reacciones sean tratadas casi como enunciados universales. Es importante destacar que, en este caso en particular, a pesar del paso del tiempo, los resultados obtenidos por Hower en 1976 son válidos para realizar nuevas interpretaciones. Es bien claro que Eberl en 1993 realiza una reinterpretación y llega a conclusiones diferentes a las de Hower, pero no descarta los datos obtenidos por este último autor, sino que trabaja con ellos agregando otros obtenidos por métodos más modernos. Los dos rasgos que más importantes de los resultados obtenidos en este estudio son: a) sin dudas es el método inductivista el que se refleja en ambas publicaciones, si bien hay que tener en cuenta que los artículos considerados no necesariamente muestran la modalidad de trabajo que han tenido los autores realmente para obtener los resultados y b) los resultados de los trabajos presentados como verdades probables suelen ser citados en trabajos posteriores, incluso en libros de texto como verdades absolutas, con todo lo que esto implica. 62 6 CONCLUSIONES En este trabajo se ha considerado la metodología científica usada por investigadores prestigiosos en el área del metamorfismo de bajo grado. Para ello se han considerado dos artículos representativos, que han sido citados por muchos investigadores posteriores. Las principales conclusiones de este estudio son las siguientes: • Los trabajos analizados pueden considerarse en general como inductivistas desde el punto de vista metodológico. La principal diferencia que presentan ambos trabajos con este método es que los autores no llegan a enunciados universales sino que postulan soluciones particulares para un ámbito geológico particular. • Ninguno de los trabajos presenta los resultados como verdades absolutas, sino que estos se tratan como verdades probables o como postulados. • En ocasiones, estas verdades probables son citadas posteriormente por otros autores en forma concluyente, por lo que un investigador que trabaja con la información citada y no con la fuente misma, suele no tener lo suficientemente claro que las verdades son probables y no absolutas. • Además del método inductivista, en uno de los trabajos aparece el método de hipótesis múltiples, mencionado por Cleland (2001) como uno de los métodos más utilizados por las ciencias históricas. El hecho de que ambos trabajos se apoyen sobre una base establecida por eliminación de hipótesis en función de su capacidad de subsistencia, hace que los resultados se tornen completamente obsoletos si esta hipótesis es modificada o si aparece otra que explique mejor lo que ocurre. De todos modos sería prácticamente imposible trabajar si no se utilizan estas metodologías para establecer una base sobre la cual asentarse. • Las predicciones establecidas por ambos autores dan lugar a que posteriormente las conclusiones del trabajo sean confirmadas o rechazadas, aunque el hecho de que los resultados se establezcan para una zona en particular hace que exista una enorme cantidad de opciones “ad hoc” ante resultados nuevos diferentes para otras localidades en las que un proceso similar sea observado. De todos modos, mediante el aporte de estas verdades no absolutas es como se construye la base en las que se va creciendo el conocimiento, al menos en esta área restringida de la geología. A modo de conclusión general se puede afirmar que el método inductivista refleja muy bien la modalidad de trabajo utilizada por los científicos para establecer las reacciones de génesis de la illita en el metamorfismo de bajo grado. 63 7 BIBLIOGRAFÍA Chalmers, A. F. ¿Qué es esa cosa llamada ciencia? 2000. Siglo XXI de España Editores, 247 pp. Cleland, C. E. 2001. Historical science, experimental science, and the scientific method. Geology. Vol. 29 (11), 987-990. Eberl, D. D. 1993. Three zones for illite formation during burial diagenesis and metamorphism. Clay and clay minerals. Vol. 41 (1), 26-37. Hower, J.; Eslinger, E.V.; Hower, M.E. y Perry, E.A. 1976. Mechanism of burial metamorphism of argillaceous sediment: 1. Mineralogical and chemical evidence. Geological Society of America Bulletin, Vol. 87, 725-737. Srodon, J. y Eberl, D.D. 1987. Illite. En: Reviews in Mineralogy. Micas. Vol. 13. S.W. Bailey, Editor. Mineralogical Society of America. 64