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Martes, 21 de octubre de 2014
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Ciencia  

La verdadera edad de la Tierra

Últimos avances en datación de rocas y fósiles

¿Quien diría, al contemplar un paisaje, que las rocas que le rodean existen desde hace más de 3.000 millones de años? ¿Quién podría afirmar que en el suelo que pisa se acumulan cientos de millones de años? Los últimos avances de la geología han permitido a los científicos fechar con una gran precisión rocas y fósiles. El desarrollo de la genética también ha contribuido a conocer la evolución de los seres vivos mediante los relojes biológicos moleculares. Esta civilización, especialmente obsesionada por el tiempo, se ha propuesto conocer la verdadera edad de la Tierra, y a juzgar por los hechos, está a punto de conseguirlo. El paleontólogo del CSIC Juan Carlos Gutiérrez Marco explica para EL CULTURAL las aplicaciones más notables en datación de fósiles y rocas.


NURIA MARTÍNEZ | 23/01/2000 |  Edición impresa


“La gran influencia de las ideas religiosas, que predicaban el origen divino de la Tierra, como la creación en siete días, contribuyó al retraso en la investigación sobre la historia de nuestro planeta y por lo tanto dificultó el desarrollo de la geología respecto a otras ciencias", afirma Agustín Pieren Pidal, del Departamento de Estratigrafía de la Facultad de Geológicas de la Universidad Complutense de Madrid. La datación de las distintas capas y rocas del suelo ha sido sin embargo uno de los problemas que más ha inquietado a los geólogos desde su origen.

En 1669, Steno observó por primera vez que en las distintas capas superpuestas que componen el suelo, o lo que es lo mismo, en una sucesión estratigráfica, poco o nada deformada, el orden de superposición de los estratos es el mismo que el de su depósito. Es decir, toda capa superpuesta a otra es más reciente que la primera. Este supuesto tiene algunas excepciones que pueden ser debidas a la erosión o a la deformación tectónica. "Existe otro principio elemental que es que si un sedimento incluye cantos de otras rocas, éstas se encontraban consolidadas y son anteriores al sedimento que las incluye como cantos. Por ejemplo, si un conglomerado incluye cantos de un determinado granito, sabremos que ese granito, generado a gran profundidad, se encontraba por efecto de la erosión ya en la superficie, antes de la sedimentación de la capa que incluye sus fragmentos", explica Pieren.

"Si una capa se pliega posteriormente, y por soterramiento sufre un cambio por el calor interno del planeta, que altera sus características convirtiendo por ejemplo una arcilla en pizarra o exquisto, o una caliza en mármol, tendremos que esa capa depositada originalmente de manera horizontal o subhorizontal, se encontrará basculada o plegada, y habrá sufrido compactación con pérdida de agua y porosidad, o incluso metamorfismo con mayores alteraciones físico-químicas de la roca. Luego otro sedimento se depositará horizontalmente sobre esta primera capa, que presenta un basculamiento que los geólogos llaman buzamiento. El contacto entre las dos capas es una discordancia que puede ser angular, erosiva o de salto metamórfico. Los conjuntos de rocas normalmente se agrupan entre discordancias".

Dataciones precisas


Basándose en estos principios elementales, los científicos del siglo XIX distinguieron los materiales de los distintos periodos de la vida de la Tierra: cristalinos, primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios. Haciendo una gran simplificación para Europa, en el caso de los primarios, observaron que presentaban metamorfismo; los secundarios deformación y buzamiento; los terciarios eran subhorizontales; y los cuaternarios, que son los depósitos actuales, aparecen generalmente en valles y ríos.

Los geólogos y paleontólogos observaron que los materiales de las distintas eras podían distinguirse mediante fósiles, y que éstos correspondían en muchos casos a grupos diferentes. Así dieron nombre a las eras que componen la vida de la Tierra en función de su contenido fósil. En primer lugar se distinguen tres eones: Arcaico, que corresponde a la primer mitad de la historia de la Tierra, en el que la composición, atmósfera y procesos geológicos fueron distintos; Proterozoico, en el que solamente aparecen evidencias de vida muy elementales como bacterias y algas; y Fanerozoico, durante el cual el desarrollo de las formas vivas que fosilizaron es muy abundante.

Así, según los fósiles encontrados, el Fanerozoico, se divide a su vez en tres eras: el Paleozoico, que corresponde al primario, con formas relativamente primitivas de vida como trilobites y graptolitos; el Mesozoico o secundario, del que los fósiles más conocidos son dinosaurios y amonites; y el Cenozoico o terciario más cuaternario, durante los que se desarrollaron las formas actuales de vida y el hombre, respectivamente. "En función de la evolución de las especies, postulada por Darwin, y de su aparición y desaparición, se pueden realizar dataciones relativas bastante precisas. Así según los tipos de fósiles podremos saber si los terrenos corresponden al Cámbrico Inferior, o a un piso mucho más concreto. Unos géneros tienen una evolución más rápida que otros y por lo tanto son mejores marcadores bioestratigráficos. Esto por sí sólo no nos permitirá saber la edad exacta de una roca, sino que como los métodos estratigráficos, la paleontología permite dar una datación relativa", señala Agustín Pieren.

Pasos de gigante

Las nuevas tecnologías aplicadas a la Geología han permitido dar auténticos pasos de gigante en lo que respecta a la datación de la Tierra. De los principios elementales aplicados por los científicos del siglo XIX, pero que continúa en vigor, se ha pasado a procedimientos basados en la desintegración espontánea de los elementos radiactivos naturales. "Un elemento radioactivo natural se convierte en estable mediante la emisión de partículas atómicas o mediante una cadena radioactiva, es decir, sucesivas transformaciones a través de elementos inestables o radioactivos", afirma Agustín Pieren. Aunque este fenómeno es fortuito, su progresión es invariable en el tiempo y viene definida por un periodo de semidesintegración de cada elemento radiactivo. Basta citar como ejemplo el uranio-238 (U238), que se transforma en plomo Pb206 mediante una cadena radioactiva cuya duración es de 4.510 millones de años, una edad prácticamente igual a la de la historia del planeta. "Esto quiere decir que si una roca tenía 1 kg. de este isótopo de uranio en el momento de formación de la Tierra, la mitad de este material se habrá transformado en plomo por radioactividad natural. Este es precisamente uno de los fenómenos que ha permitido que el núcleo del planeta mantenga calor, por la generación espontánea de energía", añade Pieren.

El elemento cuyo periodo de semidesintegración es más largo es el rubidio Rb87, con 46.000 millones de años. Por el contrario, uno de los más cortos es el carbono C14, con tan sólo 5.750 años. De hecho se tiene constancia de que del carbono original presente en la Tierra no debe quedar ningún átomo, pero este isótopo se genera de manera continua en las capas altas de la atmósfera, en fenómenos de interacción con el campo magnético, como es el caso de las auroras boreales. Los científicos también aseguran que tampoco queda plutonio en estado natural, puesto que se semidesintegra en 24.500 años, y como no se genera en la naturaleza, sólo se descubrió tras los ensayos nucleares.

"Si conocemos el número de átomos iniciales de un elemento y el número que nos ha quedado después de la transformación, así como su periodo de semidesintegración, podremos calcular la edad absoluta de la roca, entendiendo por edad absoluta el momento en el que el magma que la originó se cristalizó, o el enfriamiento de una colada volcánica", señala Agustín Pieren.

Estadios de evolución

Existen varias transformaciones isotópicas que pueden utilizarse para conocer la edad exacta de las rocas, aunque los procedimientos más empleados son: Uranio/Plomo; Torio/Plomo; Rubidio/Estroncio; Samario/Neodimio; Potasio/Argón y Carbono 14. "En el Laboratorio de Geocronología, Centro de Asistencia a la Investigación de la Universidad Complutense, en el que trabajan los doctores Carmen Galindo y César Casquet del Departamento de Petrología, los métodos disponibles hasta el momento son: Potasio/Argón; Samario/Neodimio; y Rubidio/ Estroncio", añade Carmen Galindo, su directora.

Para datar con Uranio/Plomo existen varias metodologías; sin embargo, una de las más recientes se aplica sobre cristales de Circón extraídos de la roca que se desea datar. Mediante un haz de electrones o láser se vaporiza una parte del cristal mientras que se selecciona una zona muy concreta con el microscopio. Con ello se logran datar, de forma separada, el núcleo del cristal y las partes correspondientes a diferentes cambios que la roca ha podido sufrir. "Así no sólo se conoce la edad de la roca, sino la de todos los procesos que ha experimentado a lo largo de su particular historia geológica".

Existe un procedimiento denominado Ar39/Ar40, variante del K/Ar, que utiliza el argón generado como consecuencia de la desintegración natural del potasio, y que es un gas retenido en la estructura cristalina de los minerales (micas y anfíboles). Las distintas fracciones del gas analizado, liberado en distintas condiciones de energía producidas por sucesivos incrementos de calor, permiten también conocer los diferentes estadios en la evolución del material estudiado.

Sistemas comparativos

Para poder realizar una tabla cronoestratigráfica, los geólogos tienen que integrar las escalas geológicas relativas y absolutas. Para ello buscan, por ejemplo, coladas volcánicas intercaladas en sedimentos con un rico contenido fósil. La edad de la colada puede medirse mediante procedimientos radioactivos de datación geocronológica absoluta, que pueden contrastarse con la datación bioestratigráfica obtenida del registro fósil. "De esta forma hemos podido establecer la edad de los diferentes pisos, series y sistemas. Así, el sistema Carbonífero, por ejemplo, está delimitado entre los 350 y 300 millones de años. Y el Cuaternario comenzó hace tan sólo 1.800.000 años", argumenta Agustín Pieren.

Utilizando estos sistemas comparativos también ha podido saberse que la primera explosión importante de vida ocurrió durante el Cámbrico, hace unos 540 millones de años, relativamente poco tiempo si se tiene en cuenta que la Tierra tiene una historia de 4.550 millones de años.

Existe una cierta ambigöedad sobre cuál puede ser el procedimiento más exacto; el geocronológico o el bioestratigráfico. En este sentido, Agustín Pieren afirma que miden cosas distintas. "Los primeros datan la cristalización de un magma, o el proceso de ascensión por erosión y enfriamiento de una roca, mientras que los segundos registran la aparición y extinción de las especies, cuando los seres vivos quedan en condiciones de fosilizar". Se da la circunstancia de que algunas especies fósiles, de evolución muy rápida, precisan el tiempo geológico en cientos de miles de años, en estos casos con mayor precisión que los métodos absolutos.
Existen otros procedimientos de datación magnetoestratigráfica, que utiliza la polarización magnética de las rocas por el campo magnético terrestre. Este sistema permite situar las coordenadas de los continentes y reconstruir su posición a lo largo de la deriva continental. Así, mientras se produjo la apertura del Atlántico Norte que comenzó en el Cretácico Inferior, las rocas basálticas que surgen en la dorsal mediooceánica y que son ferromagnéticas, quedan polarizadas hacia el Norte o el Sur según periodos sucesivos de inversión magnética en el campo terrestre. Los minerales ferromagnéticos de los sedimentos también se orientan al depositarse. Mediante una desmagnetización de la roca en laboratorio y por calentamiento, se llega a alcanzar la magnetización remanente original de la misma. Aplicando este proceso a rocas de edades conocidas, se ha elaborado una escala magnetoestratigráfica, con la que se trata de datar rocas de edades no conocidas. A este método se le llama paleomagnetismo.

Hasta el momento, con los fósiles hallados y las rocas estudiadas en el laboratorio, la edad de la Tierra se clasifica de acuerdo con la Tabla Cronoestratigráfica descrita anteriormente; es una Tabla dinámica que se modifica constantemente. "Por ello no podemos hablar de periodos absolutos y establecidos de forma permanente, puesto que el hallazgo de nuevas rocas y fósiles nos puede conducir a periodos de la Tierra poco o nada documentados. La Ciencia nos proporciona continuas sorpresas y el descubrimiento de nuevos materiales y restos de seres vivos puede deparar avances significativos en un futuro no muy lejano", concluye Agustín Pieren.




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