Ciencias de la Tierra

objetivos de la lección

• Definir la diferencia entre la edad absoluta y la edad relativa.
• describir cuatro métodos de datación absoluta.
• explicar qué es la radiactividad y dar ejemplos de desintegración radiactiva.
• Explicar cómo la descomposición de materiales radiactivos ayuda a establecer la edad de un objeto.
• estimar la edad de un objeto, dada la vida media y las cantidades de materiales radiactivos e hijos.,
• Dar cuatro ejemplos de materiales radiactivos que se utilizan para fechar objetos, y explicar cómo se utiliza cada uno.

anillos de árboles

en regiones fuera de los trópicos, los árboles crecen más rápidamente durante los meses cálidos del verano que durante el invierno más frío. Este patrón de crecimiento resulta en bandas alternas de color claro, de baja densidad » madera temprana «y oscuro, de alta densidad»madera tardía». Cada banda oscura representa un invierno; contando los anillos es posible encontrar la edad del árbol (figura 11.22)., El ancho de una serie de anillos de crecimiento puede dar pistas de climas pasados y varias interrupciones, como incendios forestales. Las sequías y otras variaciones en el clima hacen que el árbol crezca más lento o más rápido de lo normal, lo que se muestra en los anchos de los anillos de los árboles. Estas variaciones de anillos de árboles aparecerán en todos los árboles que crecen en una determinada región, por lo que los científicos pueden igualar los anillos de crecimiento de los árboles vivos y muertos. Utilizando troncos recuperados de edificios antiguos y ruinas antiguas, los científicos han podido comparar anillos de árboles para crear un registro continuo de anillos de árboles en los últimos 2.000 años., Este registro de anillos de árboles ha demostrado ser extremadamente útil para crear un registro del cambio climático y para encontrar la edad de las estructuras antiguas.

la Figura 11.22: sección Transversal que muestra los anillos de crecimiento. La parte gruesa y de color claro de cada anillo representa un rápido crecimiento de primavera y verano. La parte delgada y oscura de cada anillo representa un crecimiento lento en otoño e invierno.

núcleos de hielo y varvas

varios otros procesos resultan en la acumulación de distintas capas anuales que se pueden utilizar para la datación., Por ejemplo, se forman capas dentro de los glaciares porque tiende a haber menos nevadas en el verano, lo que permite que una capa oscura de polvo se acumule en la parte superior de la nieve invernal (figura 11.23). Para estudiar estos patrones, los científicos perforan profundamente en las capas de hielo, produciendo núcleos de cientos de metros de largo. Los científicos analizan estos núcleos de hielo para determinar cómo ha cambiado el clima con el tiempo, así como para medir las concentraciones de gases atmosféricos. Los núcleos más largos han ayudado a formar un registro del clima polar que se extiende cientos de miles de años atrás.,

figura 11.23: sección del núcleo de hielo que muestra las capas anuales.

otro ejemplo de capas anuales es la deposición de sedimentos en Lagos, especialmente los lagos que se encuentran al final de los glaciares. El rápido derretimiento del glaciar en el verano resulta en un depósito de sedimento grueso y arenoso. Estas capas gruesas se alternan con capas finas y ricas en arcilla depositadas durante el invierno. Las capas resultantes, llamadas varvas, dan a los científicos pistas sobre las condiciones climáticas pasadas., Por ejemplo, un verano especialmente cálido podría resultar en una capa muy gruesa de sedimento depositado desde el glaciar que se derrite. Las varvas más delgadas pueden indicar veranos más fríos, porque el glaciar no se derrite tanto y lleva tanto sedimento al lago.

edad de la Tierra

figura 11.24: Lord Kelvin.

mientras que los anillos de los árboles y otras capas anuales son útiles para fechar eventos relativamente recientes, no son de mucha utilidad en la vasta escala del tiempo geológico., Durante los siglos XVIII y XIX, los geólogos intentaron estimar la edad de la tierra con técnicas indirectas. Por ejemplo, los geólogos midieron la velocidad con que las corrientes depositaban sedimentos, para tratar de calcular cuánto tiempo había existido la corriente. No es sorprendente que estos métodos resultaran en estimaciones muy diferentes, desde unos pocos millones de años hasta»cuatrillones de años». Probablemente la más confiable de estas estimaciones fue producida por el geólogo británico Charles Lyell, quien estimó que han pasado 240 millones de años desde la aparición de los primeros animales con conchas., Hoy los científicos saben que su estimación era demasiado joven; sabemos que esto ocurrió hace unos 530 millones de años.

en 1892, William Thomson (más tarde conocido como Lord Kelvin) calculó la edad de la tierra de manera sistemática (figura 11.24). Asumió que la Tierra comenzó como una bola de roca fundida, que se ha enfriado constantemente con el tiempo. A partir de estas suposiciones, calculó que la Tierra tenía 100 millones de años. Esta estimación fue un golpe para los geólogos y partidarios de la teoría de la evolución de Charles Darwin, que requería una tierra más antigua para proporcionar tiempo para que la evolución tuviera lugar.,

los cálculos de Thomson, sin embargo, pronto se mostraron defectuosos cuando se descubrió la radiactividad en 1896. La radioactividad es la tendencia de ciertos átomos a decaer en átomos más ligeros, emitiendo energía en el proceso. Los materiales radiactivos en el interior de la Tierra proporcionan una fuente constante de calor. Los cálculos de la edad de la Tierra usando la desintegración radiactiva mostraron que la Tierra es en realidad mucho más antigua de lo que Thomson calculó.

desintegración radiactiva

El descubrimiento de materiales radiactivos hizo más que refutar la estimación de Thomson de la edad de la Tierra., Proporcionó una manera de encontrar la edad absoluta de una roca. Para entender cómo se hace esto, es necesario revisar algunos hechos sobre los átomos.

Los átomos contienen tres partículas: protones, neutrones y electrones. Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo, mientras que los electrones orbitan alrededor del núcleo. El número de protones determina qué elemento estás examinando. Por ejemplo, todos los átomos de carbono tienen seis protones, todos los átomos de oxígeno tienen ocho protones, y todos los átomos de oro tienen 79 protones. El número de neutrones, sin embargo, es variable., Un átomo de un elemento con un número diferente de neutrones es un isótopo de ese elemento. Por ejemplo, el isótopo carbono-12 contiene 6 neutrones en su núcleo, mientras que el isótopo carbono-13 tiene 7 neutrones.

algunos isótopos son radiactivos, lo que significa que son inestables y propensos a decaer. Esto significa que el átomo cambiará espontáneamente de una forma inestable a una forma estable. Hay dos formas de desintegración nuclear que son relevantes en cómo los geólogos pueden fechar las rocas (Tabla (11.,1):

Si un elemento decae al perder una partícula alfa, perderá 2 protones y 2 neutrones., Si un átomo decae al perder una partícula beta, pierde solo un electrón.

entonces, ¿qué tiene esto que ver con la edad de la Tierra? La desintegración radiactiva finalmente resulta en la formación de productos hija estables. Los materiales radiactivos se descomponen a velocidades conocidas. A medida que pasa el tiempo, la proporción de isótopos radiactivos disminuirá y la proporción de isótopos hijos aumentará. Una roca con una proporción relativamente alta de isótopos radiactivos es probablemente muy joven, mientras que una roca con una alta proporción de productos secundarios es probablemente muy vieja.,

Los científicos miden la velocidad de desintegración radiactiva con una unidad llamada vida media. La vida media de una sustancia radiactiva es la cantidad de tiempo, en promedio, que tarda la mitad de los átomos en decaer. Por ejemplo, imagine una sustancia radiactiva con una vida media de un año. Cuando se forma una roca, contiene un cierto número de átomos radiactivos. Después de un año (una vida media), la mitad de los átomos radiactivos se han descompuesto para formar productos hija estables, y el 50% de los átomos radiactivos permanecen., Después de otro año (dos semividas), la mitad de los átomos radioactivos restantes se han descompuesto, y el 25% de los átomos radioactivos permanecen. Después del tercer año (tres semividas), el 12,5% de los átomos radiactivos permanecen. Después de cuatro años (cuatro semividas), el 6,25% de los átomos radiactivos permanecen, y después de 5 años (cinco semividas), solo el 3,125% de los átomos radiactivos permanecen.

Si encuentra una roca cuyo material radiactivo tiene una vida media de un año y mide 3.125% de átomos radiactivos y 96.875% de átomos hija, puede suponer que la sustancia tiene 5 años., La desintegración de los materiales radiactivos se puede mostrar con un gráfico (figura 11.25). Si encuentras una roca con el 75% de los átomos radioactivos restantes, ¿qué edad tiene?

figura 11.25: desintegración de una sustancia radiactiva imaginaria con una vida media de un año.

Datación Radiométrica de las Rocas

En el proceso de datación radiométrica, varios isótopos que se utilizan hasta la fecha, rocas y otros materiales. El uso de varios isótopos diferentes ayuda a los científicos a verificar la precisión de las edades que calculan.,

datación por carbono

la atmósfera terrestre contiene tres isótopos de carbono. El carbono-12 es estable y representa el 98,9% del carbono atmosférico. El carbono-13 también es estable y representa el 1,1% del carbono atmosférico. El carbono-14 es radiactivo y se encuentra en pequeñas cantidades. El carbono-14 se produce naturalmente en la atmósfera cuando los rayos cósmicos interactúan con los átomos de nitrógeno. La cantidad de carbono-14 producida en la atmósfera en un momento determinado ha sido relativamente estable a través del tiempo.

El carbono radiactivo-14 decae a nitrógeno-14 estable mediante la liberación de una partícula beta., Los átomos de nitrógeno se pierden en la atmósfera, pero la cantidad de decaimiento de carbono-14 se puede estimar midiendo la proporción de carbono-14 radiactivo al carbono-12 estable. A medida que una sustancia envejece, la cantidad relativa de carbono-14 disminuye.

El carbono es eliminado de la atmósfera por las plantas durante el proceso de fotosíntesis. Los animales consumen este carbono cuando comen plantas u otros animales que han comido plantas. Por lo tanto, la datación por carbono-14 se puede usar para datar restos de plantas y animales. Los ejemplos incluyen maderas de un edificio viejo, huesos o cenizas de un pozo de fuego., La datación por carbono se puede utilizar eficazmente para encontrar la edad de los materiales entre 100 y 50.000 años.

potasio-argón datación

potasio-40 decae a argón-40 con una vida media de 1.26 mil millones de años. Debido a que el argón es un gas, puede escapar del magma fundido o la lava. Por lo tanto, cualquier argón que se encuentra en un cristal probablemente se formó como resultado de la descomposición del potasio-40. La medición de la relación de potasio-40 a argón-40 dará una buena estimación de la edad de la muestra.

El potasio es un elemento común que se encuentra en muchos minerales como el feldespato, la mica y el anfibol., La técnica se puede utilizar para fechar rocas ígneas de 100.000 años a más de mil millones de años. Debido a que se puede utilizar para fechar materiales geológicamente jóvenes, la técnica ha sido útil para estimar la edad de los depósitos que contienen los huesos de los antepasados humanos.

datación de uranio-plomo

dos isótopos de uranio se utilizan para la datación radiométrica. El uranio-238 decae para formar plomo-206 con un período de semidesintegración de 4.470 millones de años. El uranio-235 decae para formar plomo-207 con un período de semidesintegración de 704 millones de años.

la datación de uranio-plomo se realiza generalmente en cristales del mineral circón (Figura 11.,26). Cuando el circón se forma en una roca ígnea, los cristales aceptan fácilmente átomos de uranio pero rechazan átomos de plomo. Por lo tanto, si se encuentra algún plomo en un cristal de circón, se puede suponer que fue producido a partir de la descomposición del uranio.

la Figura 11.26: Circón de cristal.

la datación de uranio-plomo se puede utilizar para fechar rocas ígneas de 1 millón de años a alrededor de 4,5 mil millones de años. Algunas de las rocas más antiguas de la Tierra han sido datadas utilizando este método, incluidos los cristales de circón de Australia que tienen 4,4 mil millones de años.,

limitaciones de la datación radiométrica

la datación radiométrica solo se puede usar en materiales que contienen cantidades medibles de materiales radiactivos y sus productos secundarios. Esto incluye restos orgánicos (que en comparación con las rocas son relativamente jóvenes, menos de 100.000 años de edad) y rocas más antiguas. Idealmente, se utilizarán varias técnicas radiométricas diferentes para fechar la misma roca. La concordancia entre estos valores indica que la edad calculada es exacta.,

en general, la datación radiométrica funciona mejor para rocas ígneas y no es muy útil para determinar la edad de las rocas sedimentarias. Para estimar la edad de un depósito de roca sedimentaria, los geólogos buscan rocas ígneas cercanas o intercaladas que puedan datarse. Por ejemplo, si una capa de roca sedimentaria está intercalada entre dos capas de ceniza volcánica, su edad está entre las edades de las dos capas de ceniza.

Usando una combinación de datación radiométrica, índice de fósiles y superposición, los geólogos han construido una línea de tiempo bien definida de la historia de la Tierra., Por ejemplo, un flujo de lava suprayacente puede dar una estimación confiable de la edad de una formación rocosa sedimentaria en un lugar. Los fósiles índice contenidos en esta formación se pueden comparar con fósiles en una ubicación diferente, proporcionando una buena medición de edad para esa nueva formación rocosa también. A medida que este proceso se ha repetido en todo el mundo, nuestras estimaciones de las edades de las rocas y los fósiles se han vuelto cada vez más precisas.

resumen de la lección

Las técnicas como la superposición y los fósiles de índice pueden decirle la edad relativa de los objetos, qué objetos son más viejos y cuáles son más jóvenes., Se necesitan otros tipos de evidencia para establecer la edad absoluta de los objetos en años. Los geólogos utilizan una variedad de técnicas para establecer la edad absoluta, incluyendo la datación radiométrica, anillos de árboles, núcleos de hielo y depósitos sedimentarios anuales llamados varves.

la datación radiométrica es la más útil de estas técnicas-es la única técnica que puede establecer la edad de objetos más antiguos que unos pocos miles de años. Las concentraciones de varios isótopos radiactivos (carbono-14, potasio-40, uranio-235 y -238) y sus productos secundarios se utilizan para determinar la edad de las rocas y los restos orgánicos.,

preguntas de revisión

1. ¿Qué cuatro técnicas se utilizan para determinar la edad absoluta de un objeto o evento?
2. Una sustancia radiactiva tiene una vida media de 5 millones de años. ¿Cuál es la edad de una roca en la que permanece el 25% de los átomos radiactivos originales?
3. Un científico está estudiando un trozo de tela de un antiguo cementerio. Ella determina que el 40% de los átomos originales de carbono-14 permanecen en la tela. Basado en el gráfico de desintegración de carbono (figura 11.27), ¿Cuál es la edad aproximada de la tela?
   

   la Figura 11.,27: radioactive decay of Carbon-14

4. ¿Qué isótopo radiactivo o isótopos usaría para fechar cada uno de los siguientes objetos? Explica cada una de tus elecciones.
   • Una pieza de granito de 4 mil millones de años.
   • un lecho de ceniza volcánica de un millón de años de antigüedad que contiene las huellas de homínidos (antepasados humanos).
   • El pelaje de un mamut lanudo que fue recientemente recuperado congelado en un glaciar.
   • Un trilobite fosilizado recuperado de un lecho de arenisca que tiene aproximadamente 500 millones de años.,
5. El principio de uniformitarionism establece que el presente es la clave del pasado. En otras palabras, los procesos que vemos sucediendo hoy probablemente funcionaron de una manera similar en el pasado. ¿Por qué es importante asumir que la tasa de desintegración radiactiva se ha mantenido constante a lo largo del tiempo?

vocabulario

edad absoluta la edad de un objeto en años. partícula alfa partícula que consiste en dos protones y dos neutrones que se expulsa del núcleo durante la desintegración radiactiva., partícula beta partícula que consiste en un solo electrón que es expulsado del núcleo durante la desintegración radiactiva. Una partícula beta se crea cuando un neutrón decae para formar un protón y el electrón emitido. producto hija sustancia estable que se produce por la descomposición de una sustancia radiactiva. Por ejemplo, el uranio-238 decae para producir plomo-207. semivida cantidad de tiempo requerido para que la mitad de los átomos de una sustancia radiactiva se descompongan y formen productos secundarios. núcleo de hielo Cilindro de hielo extraído de un glaciar o capa de hielo., sustancia radiactiva inestable y susceptible de emitir partículas energéticas y radiación. emisión radiactiva de partículas de alta energía y / o radiación por parte de ciertos átomos inestables. datación radiométrica proceso de utilización de las concentraciones de sustancias radiactivas y productos secundarios para estimar la edad de un material. A medida que las sustancias envejecen, las cantidades de átomos radiactivos disminuyen mientras que las cantidades de materiales secundarios aumentan. anillo de árbol capa de madera en un árbol que se forma en un año. Puedes determinar la edad de un árbol contando sus anillos., varve capa delgada de sedimento depositada en el lecho de un lago durante el transcurso de un año, que generalmente se encuentra en el fondo de los lagos glaciares.

puntos a considerar

• ¿Por qué las técnicas como anillos de árboles, núcleos de hielo y varvas solo son útiles para eventos que ocurrieron en los últimos miles de años?
• ¿Por qué era tan importante para Darwin y sus seguidores probar que la Tierra era muy vieja?
• ¿Por qué es importante usar más de un método para encontrar la edad de una roca u otro objeto?