Davidmor
24/11/2011, 13:36
Los relojes radiactivos dan fechas de millones de años, pero ¿con cuánta exactitud?
Este artículo y los dos que le siguen describen y evalúan los diferentes medios de datar por radiactividad usados por los geólogos para medir las edades de las rocas y de restos de organismos del pasado.
Los ha preparado un físico nuclear de muchos años de experiencia investigadora e industrial en el campo de la radiactividad.
“Una depresión geológica es rica en hallazgos arqueológicos. Los científicos creen que restos de 10.000 años de antigüedad sitúan a seres humanos en la Florida durante el período glaciar.”
“Cerca de Osaka se desenterró la choza más antigua de la Edad de Piedra que se haya encontrado en el Japón. Los arqueólogos
dicen que se construyó hace 22.000 años.”
“Hace un millón de años fluía un río a través de la región oriental de Corona (California), y entre los animales prehistóricos que frecuentaban sus riberas había mastodontes, camellos, caballos y conejos.”
ESAS alegaciones recientes son típicas de las que anuncian descubrimientos hechos por arqueólogos y paleontólogos. Lo primero que la gente desea saber acerca de un nuevo hallazgo es su antigüedad. El científico que habla con los reporteros siempre tiene una respuesta, sea que se base en pruebas o sea meramente una conjetura.
Al leer informes como los susodichos, ¿se ha preguntado usted cómo pueden saberlo? ¿Con cuánta certeza se puede decir que hubo seres humanos en la Florida hace 10.000 años y en el Japón hace 22.000, o que mastodontes y camellos vagaban por California hace un millón de años?
Hay varios métodos científicos de fechar los restos antiguos. Algunos son más fidedignos que otros, pero ninguno es tan seguro como las fechas basadas en los registros históricos. Pero, a lo más, los registros históricos del hombre solo se remontan a 6.000 años. Cuando vamos más allá, las fechas científicas son lo único que poseemos.
Datación radiactiva
De los diferentes métodos de fechar científicos, el más fidedigno es el de los relojes radiactivos. Estos dependen de la velocidad de los procesos de la desintegración radiactiva. Mientras que otros métodos dependen de procesos de envejecimiento que pueden apresurarse o disminuir su paso en medio de diferentes condiciones ambientales, tales como el cambio de temperatura, se ha demostrado que los extremos en las condiciones externas no afectan el ritmo de la desintegración radiactiva.
El reloj de uranio-plomo
Podemos ilustrar el método mediante el primer reloj radiactivo que se empleó, basado en la desintegración del uranio en plomo. La desintegración radiactiva funciona estrictamente de acuerdo con una ley de probabilidad estadística. La cantidad de uranio que se desintegra en una unidad de tiempo es siempre proporcional a la cantidad restante. Esto resulta en una curva como la que aparece en el dibujo (página 19), que muestra la cantidad que queda después de un tiempo determinado. Al tiempo necesario para la desintegración de la mitad del uranio se le llama su período de semidesintegración. La mitad de la mitad restante se desintegra durante el siguiente período de semidesintegración. Y queda solo una cuarta parte de la cantidad original. Después de tres períodos de semidesintegración queda una octava parte, y así sucesivamente. El período de semidesintegración del uranio es de 4.500 millones de años.
Puesto que el uranio se transforma en plomo, la cantidad de plomo aumenta constantemente. La cantidad acumulada hasta cualquier punto determinado en el tiempo se muestra por la curva de trazo quebrado. La curva del plomo complementa la curva del uranio, de manera que la cantidad total de átomos de plomo y átomos de uranio es siempre la misma, equivalente a la cantidad
con que se empezó.
Ahora bien, supongamos que tenemos una roca que tiene uranio, pero no plomo, y la sellamos herméticamente para que nada pueda entrar ni salir de ella. Algún tiempo después la abrimos y medimos las cantidades de ambos elementos. Así podemos determinar por cuánto tiempo ha estado sellada la roca. Por ejemplo, si hallamos cantidades iguales de plomo y uranio, sabemos que ha transcurrido un período de semidesintegración, es decir: 4.500 millones de años. Si hallamos que solamente el 1% del uranio se ha convertido en plomo, podemos emplear la fórmula matemática para la curva y calcular que han transcurrido 65.000.000 de años.
Nótese que no tenemos que saber cuánto uranio había en la roca al principio, pues todo lo que tenemos que medir es la proporción de plomo al uranio al final del período... lo cual es muy práctico, porque ninguno de nosotros estuvo presente para medir nada al comienzo del experimento.
Ahora bien, usted quizás piense que los períodos a que nos referimos son inmensos, de millones y miles de millones de años. ¿Qué posible uso pudiera tener un reloj que funciona tan lentamente? Pues, aprendemos que la Tierra misma ha existido por varios miles de millones de años, y que hay rocas que parecen haber estado en su lugar por una buena parte de ese período. Como se ve, los geólogos hallan muy útiles tales relojes para estudiar la historia de la Tierra.
¿Cuán seguros son?
Tenemos que admitir que el proceso de datación no es tan simple como lo hemos descrito. Mencionamos que la roca tiene que
estar libre de plomo al principio. Por lo general no es así; para comenzar hallamos cierta cantidad de plomo. Esto da a la roca lo que se llama una edad incorporada, algo más de cero. También, asumimos que el uranio estuvo herméticamente sellado en la roca y nada pudo entrar ni salir de ella. Esto quizás sea cierto en algunas ocasiones, pero no siempre. Durante largos períodos es posible que parte del plomo o del uranio se rezuma a las aguas subterráneas. O es posible que en la roca penetre más uranio o plomo, especialmente si se trata de roca sedimentaria. Por esta razón, el reloj de uranio-plomo funciona mejor en el caso de rocas ígneas.
Otras complicaciones surgen del hecho de que otro elemento, el torio, que puede hallarse en el mineral, también es radiactivo y se desintegra lentamente hasta convertirse en plomo. Además, el uranio tiene un segundo isótopo —que químicamente es idéntico, pero de diferente masa— que decrece a una tasa diferente, convirtiéndose también en plomo. Cada uno de estos termina convirtiéndose en un diferente isótopo de plomo, por lo que necesitamos no solo a un químico con sus tubos de ensayo, sino también a un físico con un instrumento especial para separar los diferentes isótopos, plomos de masa diferente.
Sin pasar a los detalles de estos problemas, podemos comprender que los geólogos que emplean el reloj de uranio-plomo tienen que tener cuidado con los escollos que el método encierra si desean obtener una respuesta razonablemente confiable. Les alegra tener otros métodos radiométricos para verificar sus mediciones. Se han desarrollado otros dos métodos que a menudo pueden emplearse en la misma roca.
El reloj de potasio-argón
El que más ampliamente se ha empleado es el reloj de potasio-argón. El potasio es un elemento más común que el uranio... el cloruro potásico se vende en las tiendas de comestibles como sustitutivo de la sal común. Consiste principalmente de dos isótopos con masas 39 y 41, pero un tercer isótopo, de masa 40, es débilmente radiactivo. Uno de los productos que resultan de la desintegración de este es el argón, un gas inerte que compone cerca del 1% de la atmósfera. El potasio de masa 40 tiene un período de semidesintegración de 1.400 millones de años, lo cual lo hace apropiado para medir fechas que van de las decenas de millones a los miles de millones de años.
En contraste con el uranio, el potasio se halla por toda la corteza terrestre. Es un componente de muchos minerales que se hallan en las rocas más comunes, tanto ígneas como sedimentarias. Las condiciones requeridas para que el reloj de potasio-argón funcione son las mismas que hemos mencionado: el potasio debe estar libre de argón cuando el reloj comienza a funcionar, es decir, cuando se forma el mineral. Además, el sistema tiene que permanecer sellado hasta que se haga la medición; ningún potasio ni argón debe escapar o entrar.
En la práctica, ¿funciona bien el reloj? Algunas veces funciona muy bien, pero en otras ocasiones deja mucho que desear. A veces da fechas que difieren en gran manera de las que da el reloj de uranio-plomo. Por lo general son menores, y esos resultados se atribuyen a la pérdida de argón. Pero en otras rocas la edad del potasio y el uranio coinciden estrechamente.
Un uso que se dio al reloj de potasio-argón y que fue de interés periodístico fue la datación de una roca que trajeron de la Luna los astronautas del Apolo XV. Usando una lasca de la roca, los científicos midieron el potasio y el argón y determinaron que la edad de la roca era de 3.300 millones de años.
El reloj de rubidio-estroncio
Recientemente se ha desarrollado otro reloj radiactivo para minerales. Este se basa en la desintegración del rubidio a estroncio. La desintegración del rubidio es increíblemente lenta. ¡Su período de semidesintegración es de 50.000 millones de años! Tan poco rubidio se ha desintegrado, aun en las rocas más antiguas, que es necesario hacer mediciones meticulosas para distinguir el estroncio original del estroncio-87 que se ha añadido. Puede que haya cien veces más estroncio que rubidio en el mineral, y aun en mil millones de años solo poco más del l% del rubidio decrece. A pesar de estas dificultades, en algunos casos se ha podido medir la pequeñísima cantidad de estroncio producida por la desintegración. Este reloj es valioso para corroborar las edades halladas por otros métodos.
Un ejemplo excitante del uso de este método fue el de la datación de un meteorito que los astrónomos creen que pudiera ser como las rocas que teóricamente se unieron para formar los planetas, un residuo de la materia primordial de que se formó el sistema solar. La edad que se obtuvo, de 4.600 millones de años, concordaba con ese punto de vista.
Hubo éxito sobresaliente del reloj de rubidio-estroncio cuando se empleó para fechar la misma roca lunar que hemos mencionado anteriormente. Se hicieron pruebas de cinco diferentes minerales de la roca, y todas coincidieron en una edad de 3.300 millones de años, la misma edad que dio el reloj de potasio-argón.
En algunos casos, al comparar las edades obtenidas por estos tres relojes geológicos se nota que están en estrecho acuerdo, y eso lleva a creer que probablemente las edades que se han determinado son correctas. Sin embargo, se debe enfatizar que estos casos muestran la clase de acuerdo que es posible obtener, pero únicamente bajo condiciones ideales. Y las condiciones por lo general no son ideales. Se podrían suministrar listas mucho más largas de comparaciones que chocan unas con otras.
Este artículo y los dos que le siguen describen y evalúan los diferentes medios de datar por radiactividad usados por los geólogos para medir las edades de las rocas y de restos de organismos del pasado.
Los ha preparado un físico nuclear de muchos años de experiencia investigadora e industrial en el campo de la radiactividad.
“Una depresión geológica es rica en hallazgos arqueológicos. Los científicos creen que restos de 10.000 años de antigüedad sitúan a seres humanos en la Florida durante el período glaciar.”
“Cerca de Osaka se desenterró la choza más antigua de la Edad de Piedra que se haya encontrado en el Japón. Los arqueólogos
dicen que se construyó hace 22.000 años.”
“Hace un millón de años fluía un río a través de la región oriental de Corona (California), y entre los animales prehistóricos que frecuentaban sus riberas había mastodontes, camellos, caballos y conejos.”
ESAS alegaciones recientes son típicas de las que anuncian descubrimientos hechos por arqueólogos y paleontólogos. Lo primero que la gente desea saber acerca de un nuevo hallazgo es su antigüedad. El científico que habla con los reporteros siempre tiene una respuesta, sea que se base en pruebas o sea meramente una conjetura.
Al leer informes como los susodichos, ¿se ha preguntado usted cómo pueden saberlo? ¿Con cuánta certeza se puede decir que hubo seres humanos en la Florida hace 10.000 años y en el Japón hace 22.000, o que mastodontes y camellos vagaban por California hace un millón de años?
Hay varios métodos científicos de fechar los restos antiguos. Algunos son más fidedignos que otros, pero ninguno es tan seguro como las fechas basadas en los registros históricos. Pero, a lo más, los registros históricos del hombre solo se remontan a 6.000 años. Cuando vamos más allá, las fechas científicas son lo único que poseemos.
Datación radiactiva
De los diferentes métodos de fechar científicos, el más fidedigno es el de los relojes radiactivos. Estos dependen de la velocidad de los procesos de la desintegración radiactiva. Mientras que otros métodos dependen de procesos de envejecimiento que pueden apresurarse o disminuir su paso en medio de diferentes condiciones ambientales, tales como el cambio de temperatura, se ha demostrado que los extremos en las condiciones externas no afectan el ritmo de la desintegración radiactiva.
El reloj de uranio-plomo
Podemos ilustrar el método mediante el primer reloj radiactivo que se empleó, basado en la desintegración del uranio en plomo. La desintegración radiactiva funciona estrictamente de acuerdo con una ley de probabilidad estadística. La cantidad de uranio que se desintegra en una unidad de tiempo es siempre proporcional a la cantidad restante. Esto resulta en una curva como la que aparece en el dibujo (página 19), que muestra la cantidad que queda después de un tiempo determinado. Al tiempo necesario para la desintegración de la mitad del uranio se le llama su período de semidesintegración. La mitad de la mitad restante se desintegra durante el siguiente período de semidesintegración. Y queda solo una cuarta parte de la cantidad original. Después de tres períodos de semidesintegración queda una octava parte, y así sucesivamente. El período de semidesintegración del uranio es de 4.500 millones de años.
Puesto que el uranio se transforma en plomo, la cantidad de plomo aumenta constantemente. La cantidad acumulada hasta cualquier punto determinado en el tiempo se muestra por la curva de trazo quebrado. La curva del plomo complementa la curva del uranio, de manera que la cantidad total de átomos de plomo y átomos de uranio es siempre la misma, equivalente a la cantidad
con que se empezó.
Ahora bien, supongamos que tenemos una roca que tiene uranio, pero no plomo, y la sellamos herméticamente para que nada pueda entrar ni salir de ella. Algún tiempo después la abrimos y medimos las cantidades de ambos elementos. Así podemos determinar por cuánto tiempo ha estado sellada la roca. Por ejemplo, si hallamos cantidades iguales de plomo y uranio, sabemos que ha transcurrido un período de semidesintegración, es decir: 4.500 millones de años. Si hallamos que solamente el 1% del uranio se ha convertido en plomo, podemos emplear la fórmula matemática para la curva y calcular que han transcurrido 65.000.000 de años.
Nótese que no tenemos que saber cuánto uranio había en la roca al principio, pues todo lo que tenemos que medir es la proporción de plomo al uranio al final del período... lo cual es muy práctico, porque ninguno de nosotros estuvo presente para medir nada al comienzo del experimento.
Ahora bien, usted quizás piense que los períodos a que nos referimos son inmensos, de millones y miles de millones de años. ¿Qué posible uso pudiera tener un reloj que funciona tan lentamente? Pues, aprendemos que la Tierra misma ha existido por varios miles de millones de años, y que hay rocas que parecen haber estado en su lugar por una buena parte de ese período. Como se ve, los geólogos hallan muy útiles tales relojes para estudiar la historia de la Tierra.
¿Cuán seguros son?
Tenemos que admitir que el proceso de datación no es tan simple como lo hemos descrito. Mencionamos que la roca tiene que
estar libre de plomo al principio. Por lo general no es así; para comenzar hallamos cierta cantidad de plomo. Esto da a la roca lo que se llama una edad incorporada, algo más de cero. También, asumimos que el uranio estuvo herméticamente sellado en la roca y nada pudo entrar ni salir de ella. Esto quizás sea cierto en algunas ocasiones, pero no siempre. Durante largos períodos es posible que parte del plomo o del uranio se rezuma a las aguas subterráneas. O es posible que en la roca penetre más uranio o plomo, especialmente si se trata de roca sedimentaria. Por esta razón, el reloj de uranio-plomo funciona mejor en el caso de rocas ígneas.
Otras complicaciones surgen del hecho de que otro elemento, el torio, que puede hallarse en el mineral, también es radiactivo y se desintegra lentamente hasta convertirse en plomo. Además, el uranio tiene un segundo isótopo —que químicamente es idéntico, pero de diferente masa— que decrece a una tasa diferente, convirtiéndose también en plomo. Cada uno de estos termina convirtiéndose en un diferente isótopo de plomo, por lo que necesitamos no solo a un químico con sus tubos de ensayo, sino también a un físico con un instrumento especial para separar los diferentes isótopos, plomos de masa diferente.
Sin pasar a los detalles de estos problemas, podemos comprender que los geólogos que emplean el reloj de uranio-plomo tienen que tener cuidado con los escollos que el método encierra si desean obtener una respuesta razonablemente confiable. Les alegra tener otros métodos radiométricos para verificar sus mediciones. Se han desarrollado otros dos métodos que a menudo pueden emplearse en la misma roca.
El reloj de potasio-argón
El que más ampliamente se ha empleado es el reloj de potasio-argón. El potasio es un elemento más común que el uranio... el cloruro potásico se vende en las tiendas de comestibles como sustitutivo de la sal común. Consiste principalmente de dos isótopos con masas 39 y 41, pero un tercer isótopo, de masa 40, es débilmente radiactivo. Uno de los productos que resultan de la desintegración de este es el argón, un gas inerte que compone cerca del 1% de la atmósfera. El potasio de masa 40 tiene un período de semidesintegración de 1.400 millones de años, lo cual lo hace apropiado para medir fechas que van de las decenas de millones a los miles de millones de años.
En contraste con el uranio, el potasio se halla por toda la corteza terrestre. Es un componente de muchos minerales que se hallan en las rocas más comunes, tanto ígneas como sedimentarias. Las condiciones requeridas para que el reloj de potasio-argón funcione son las mismas que hemos mencionado: el potasio debe estar libre de argón cuando el reloj comienza a funcionar, es decir, cuando se forma el mineral. Además, el sistema tiene que permanecer sellado hasta que se haga la medición; ningún potasio ni argón debe escapar o entrar.
En la práctica, ¿funciona bien el reloj? Algunas veces funciona muy bien, pero en otras ocasiones deja mucho que desear. A veces da fechas que difieren en gran manera de las que da el reloj de uranio-plomo. Por lo general son menores, y esos resultados se atribuyen a la pérdida de argón. Pero en otras rocas la edad del potasio y el uranio coinciden estrechamente.
Un uso que se dio al reloj de potasio-argón y que fue de interés periodístico fue la datación de una roca que trajeron de la Luna los astronautas del Apolo XV. Usando una lasca de la roca, los científicos midieron el potasio y el argón y determinaron que la edad de la roca era de 3.300 millones de años.
El reloj de rubidio-estroncio
Recientemente se ha desarrollado otro reloj radiactivo para minerales. Este se basa en la desintegración del rubidio a estroncio. La desintegración del rubidio es increíblemente lenta. ¡Su período de semidesintegración es de 50.000 millones de años! Tan poco rubidio se ha desintegrado, aun en las rocas más antiguas, que es necesario hacer mediciones meticulosas para distinguir el estroncio original del estroncio-87 que se ha añadido. Puede que haya cien veces más estroncio que rubidio en el mineral, y aun en mil millones de años solo poco más del l% del rubidio decrece. A pesar de estas dificultades, en algunos casos se ha podido medir la pequeñísima cantidad de estroncio producida por la desintegración. Este reloj es valioso para corroborar las edades halladas por otros métodos.
Un ejemplo excitante del uso de este método fue el de la datación de un meteorito que los astrónomos creen que pudiera ser como las rocas que teóricamente se unieron para formar los planetas, un residuo de la materia primordial de que se formó el sistema solar. La edad que se obtuvo, de 4.600 millones de años, concordaba con ese punto de vista.
Hubo éxito sobresaliente del reloj de rubidio-estroncio cuando se empleó para fechar la misma roca lunar que hemos mencionado anteriormente. Se hicieron pruebas de cinco diferentes minerales de la roca, y todas coincidieron en una edad de 3.300 millones de años, la misma edad que dio el reloj de potasio-argón.
En algunos casos, al comparar las edades obtenidas por estos tres relojes geológicos se nota que están en estrecho acuerdo, y eso lleva a creer que probablemente las edades que se han determinado son correctas. Sin embargo, se debe enfatizar que estos casos muestran la clase de acuerdo que es posible obtener, pero únicamente bajo condiciones ideales. Y las condiciones por lo general no son ideales. Se podrían suministrar listas mucho más largas de comparaciones que chocan unas con otras.