Si desea saber cuántos años tiene alguien o algo, generalmente puede confiar en una combinación de simplemente hacer preguntas o buscar en Google para llegar a una respuesta precisa. Esto se aplica a todo, desde la edad de un compañero de clase hasta la cantidad de años que Estados Unidos ha existido como nación soberana (243 y contando a partir de 2019).
Pero ¿qué pasa con las edades de los objetos de la antigüedad, desde un fósil recién descubierto hasta la edad misma del tierra ¿sí mismo?
Claro, puede buscar en Internet y aprender con bastante rapidez que el consenso científico fija la edad del planeta en aproximadamente 4.6 mil millones de años. Pero Google no inventó este número; en cambio, el ingenio humano y la física aplicada lo han proporcionado.
Específicamente, un proceso llamado datación radiométrica permite a los científicos determinar las edades de los objetos, incluidas las edades de las rocas, que van desde miles de años hasta miles de millones de años con un maravilloso grado de precisión.
Esto se basa en una combinación probada de matemáticas básicas y el conocimiento de las propiedades físicas de diferentes elementos químicos.
Datación radiométrica: ¿cómo funciona?
Comprender técnicas de datación radiométrica, primero debe comprender lo que se está midiendo, cómo se realiza la medición y las limitaciones teóricas y prácticas del sistema de medición que se está utilizando.
Como analogía, supongamos que se pregunta: "¿Qué tan cálido (o frío) hace afuera?" Lo que realmente estás buscando aquí es el temperatura, que es fundamentalmente una descripción de la rapidez con que las moléculas en el aire se mueven y chocan entre sí, traducida en un número conveniente. Necesita un dispositivo para medir esta actividad (un termómetro, de los cuales existen varios tipos).
También necesita saber cuándo puede o no puede aplicar un tipo particular de dispositivo a la tarea en cuestión; por ejemplo, si desea saber qué tan caliente está en el interior de una estufa de leña activa, probablemente entienda que poner un termómetro doméstico destinado a medir la temperatura corporal dentro de la estufa no va a probar servicial.
Tenga en cuenta también que durante muchos siglos, la mayor parte del "conocimiento" humano de la edad de las rocas, formaciones como el Gran Cañón y todo lo demás a tu alrededor se basó en el relato de Génesis de la Biblia, que postula que todo el cosmos es quizás 10,000 años.
Los métodos geológicos modernos a veces han demostrado ser espinosos frente a nociones tan populares pero pintorescas y científicamente infundadas.
¿Por qué utilizar esta herramienta?
La datación radiométrica aprovecha el hecho de que la composición de ciertos minerales (rocas, fósiles y otros objetos de gran durabilidad) cambia con el tiempo. Específicamente, las cantidades relativas de su constituyente elementos cambio de una manera matemáticamente predecible gracias a un fenómeno llamado desintegración radioactiva.
Esto, a su vez, se basa en el conocimiento de isótopos, algunos de los cuales son "radiactivos" (es decir, emiten espontáneamente partículas subatómicas a una velocidad conocida).
Isótopos son versiones diferentes del mismo elemento (por ejemplo, carbono, uranio, potasio); tienen el mismo número de protones, razón por la cual la identidad del elemento no cambia, pero diferentes números de neutrones.
- Es probable que encuentre personas y otras fuentes que se refieran a los métodos de datación radiométrica genéricamente como "datación por radiocarbono" o simplemente "datación por carbono." Esto no es más exacto que referirse a las carreras de carrera de 5 km, 10 km y 100 millas como "maratones", y aprenderá por qué en un un poco.
El concepto de vida media
Algunas cosas en la naturaleza desaparecen a un ritmo más o menos constante, independientemente de cuánto haya al principio y cuánto quede. Por ejemplo, ciertos medicamentos, incluido el alcohol etílico, son metabolizados por el cuerpo a una cantidad fija de gramos por hora (o las unidades que sean más convenientes). Si alguien tiene el equivalente a cinco bebidas en su sistema, el cuerpo tarda cinco veces más en eliminar el alcohol que si tuviera una bebida en su sistema.
Sin embargo, muchas sustancias, tanto biológicas como químicas, se ajustan a un mecanismo diferente: en un determinado período de tiempo, la mitad de la sustancia desaparecerá en un tiempo fijo sin importar cuánto esté presente para comenzar con. Se dice que estas sustancias tienen media vida. Los isótopos radiactivos obedecen a este principio y tienen tasas de desintegración tremendamente diferentes.
La utilidad de esto radica en poder calcular con facilidad cuánto de un elemento dado estaba presente en el momento en que se formó en función de cuánto está presente en el momento de la medición. Esto se debe a que cuando los elementos radiactivos aparecen por primera vez, se presume que están compuestos enteramente por un solo isótopo.
A medida que se produce la desintegración radiactiva con el tiempo, más y más de este isótopo más común se "desintegra" (es decir, se convierte) en un isótopo o isótopos diferentes; estos productos de descomposición se denominan apropiadamente isótopos hijas.
Una definición de helado de vida media
Imagina que disfrutas de cierto tipo de helado con sabor a chispas de chocolate. Tienes un compañero de cuarto astuto, pero no especialmente inteligente, al que no le gusta el helado en sí, pero no puede resistirse elegir comer las patatas fritas, y en un esfuerzo por evitar la detección, reemplaza cada una que consume con una pasa.
Tiene miedo de hacer esto con todas las chispas de chocolate, así que en su lugar, cada día, pasa la mitad de la cantidad de chocolate restante. patatas fritas y pone pasas en su lugar, sin completar nunca su diabólica transformación de su postre, pero acercándose y más cerca.
Digamos que un segundo amigo que conoce este arreglo lo visita y se da cuenta de que su caja de helado contiene 70 pasas y 10 chispas de chocolate. Ella declara: "Supongo que fuiste de compras hace unos tres días". ¿Cómo lo sabe ella?
Es simple: debe haber comenzado con un total de 80 chips, porque ahora tiene 70 + 10 = 80 aditivos totales para su helado. Debido a que su compañero de cuarto come la mitad de las papas fritas en un día determinado, y no un número fijo, la caja debe tener 20 papas fritas el día anterior, 40 el día anterior y 80 el día anterior.
Los cálculos que involucran isótopos radiactivos son más formales pero siguen el mismo principio básico: Si conoce la vida media del elemento radiactivo y puede medir la cantidad de cada isótopo presente, puede averiguar la edad del fósil, la roca u otra entidad de la que proviene.
Ecuaciones clave en la datación radiométrica
Se dice que los elementos que tienen vidas medias primer orden proceso de descomposición. Tienen lo que se conoce como una constante de velocidad, generalmente denotada por k. La relación entre el número de átomos presentes al inicio (N0), el número presente en el momento de la medición N, el tiempo transcurrido t, y la constante de velocidad k se pueden escribir de dos formas matemáticamente equivalentes:
Además, es posible que desee conocer el actividad A de una muestra, normalmente medida en desintegraciones por segundo o dps. Esto se expresa simplemente como:
A = kt
No es necesario que sepas cómo se derivan estas ecuaciones, pero debes estar preparado para usarlas para resolver problemas relacionados con isótopos radiactivos.
Usos de la datación radiométrica
Los científicos interesados en averiguar la edad de un fósil o roca analizan una muestra para determinar la relación entre el isótopo (o isótopos) hijo de un elemento radiactivo dado y su isótopo padre en que muestra. Matemáticamente, de las ecuaciones anteriores, esto es N / N0. Con la tasa de desintegración del elemento y, por lo tanto, su vida media, conocida de antemano, calcular su edad es sencillo.
El truco consiste en saber cuál de los diversos isótopos radiactivos comunes buscar. Esto, a su vez, depende de la edad aproximada esperada del objeto porque los elementos radiactivos se desintegran a ritmos enormemente diferentes.
Además, no todos los objetos que se van a fechar tendrán cada uno de los elementos de uso común; solo puede fechar elementos con una técnica de datación determinada si incluyen el compuesto o los compuestos necesarios.
Ejemplos de datación radiométrica
Datación de uranio-plomo (U-Pb): El uranio radiactivo se presenta en dos formas, uranio-238 y uranio-235. El número se refiere al número de protones más neutrones. El número atómico del uranio es 92, correspondiente a su número de protones. que se descomponen en plomo-206 y plomo-207 respectivamente.
La vida media del uranio-238 es de 4.470 millones de años, mientras que la del uranio-235 es de 704 millones de años. Debido a que estos difieren en un factor de casi siete (recuerde que mil millones es 1,000 veces un millón), resulta un "cheque" para asegúrese de que está calculando la edad de la roca o fósil correctamente, haciendo que esta sea una de las dataciones radiométricas más precisas métodos.
Las largas semividas hacen que esta técnica de datación sea adecuada para materiales especialmente antiguos, de aproximadamente 1 millón a 4,5 mil millones de años.
La datación U-Pb es compleja debido a los dos isótopos en juego, pero esta propiedad es también lo que la hace tan precisa. El método también es un desafío técnico porque el plomo puede "filtrarse" de muchos tipos de rocas, lo que a veces dificulta o imposibilita los cálculos.
La datación U-Pb se usa a menudo para datar rocas ígneas (volcánicas), que pueden ser difíciles de hacer debido a la falta de fósiles; Rocas metamórficas; y rocas muy antiguas. Todos estos son difíciles de fechar con los otros métodos descritos aquí.
Datación por rubidio-estroncio (Rb-Sr):Radioactivo el rubidio-87 se desintegra en estroncio-87 con una vida media de 48,8 mil millones de años. No es sorprendente que la datación Ru-Sr se utilice para datar rocas muy antiguas (tan antiguas como la Tierra, de hecho, ya que la Tierra tiene "sólo" unos 4.600 millones de años).
El estroncio existe en otros isótopos estables (es decir, no propensos a la descomposición), incluido el estroncio-86, -88 y -84, en cantidades estables en otros organismos naturales, rocas, etc. Pero debido a que el rubidio-87 es abundante en la corteza terrestre, la concentración de estroncio-87 es mucho mayor que la de los otros isótopos de estroncio.
Luego, los científicos pueden comparar la proporción del estroncio-87 con la cantidad total de isótopos de estroncio estables para calcular el nivel de descomposición que produce la concentración detectada de estroncio-87.
Esta técnica se usa a menudo hasta la fecha. rocas ígneas y rocas muy antiguas.
Datación por potasio-argón (K-Ar): El isótopo de potasio radiactivo es K-40, que se descompone en calcio (Ca) y argón (Ar) en una proporción de 88,8 por ciento de calcio a 11,2 por ciento de argón-40.
El argón es un gas noble, lo que significa que no es reactivo y no formaría parte de la formación inicial de rocas o fósiles. Por lo tanto, cualquier argón que se encuentre en rocas o fósiles tiene que ser el resultado de este tipo de desintegración radiactiva.
La vida media del potasio es de 1.250 millones de años, lo que hace que esta técnica sea útil para fechar rocas. muestras que van desde hace unos 100.000 años (durante la era de los primeros humanos) hasta unos 4.300 millones hace años que. El potasio es muy abundante en la Tierra, lo que lo hace ideal para la datación porque se encuentra en algunos niveles en la mayoría de los tipos de muestras. Es bueno para fechar rocas ígneas (rocas volcánicas).
Datación por carbono-14 (C-14): El carbono 14 ingresa a los organismos de la atmósfera. Cuando el organismo muere, no hay más isótopo de carbono 14 puede entrar en el organismo y comenzará a descomponerse a partir de ese punto.
El carbono 14 se descompone en nitrógeno 14 en la vida media más corta de todos los métodos (5.730 años), lo que lo hace perfecto para fechar fósiles nuevos o recientes. Se usa principalmente solo para materiales orgánicos, es decir, fósiles de animales y plantas. El carbono 14 no se puede utilizar para muestras de más de 60.000 años.
En un momento dado, los tejidos de los organismos vivos tienen la misma proporción de carbono 12 a carbono 14. Cuando un organismo muere, como se señaló, deja de incorporar nuevo carbono en sus tejidos, y así la posterior desintegración del carbono-14 en nitrógeno-14 altera la proporción de carbono-12 a carbono-14. Al comparar la proporción de carbono-12 a carbono-14 en la materia muerta con la proporción cuando ese organismo estaba vivo, los científicos pueden estimar la fecha de la muerte del organismo.