Datación radiométrica para niños

La datación radiométrica es una técnica científica muy útil para saber la edad de materiales como rocas, minerales y restos de seres vivos. Imagina que es como un reloj natural que se encuentra dentro de estos materiales.

Este método funciona comparando la cantidad de un elemento inestable (llamado "padre") con la cantidad de los elementos estables en los que se convierte (llamados "hijos"). Estos elementos "padre" se transforman en "hijos" a un ritmo constante y conocido, como si fuera un tic-tac de un reloj.

El científico estadounidense Bertram Boltwood publicó por primera vez sobre el uso de esta técnica en 1907, basándose en una idea del británico Ernest Rutherford de 1905. Hoy en día, la datación radiométrica es la forma principal de conocer la edad exacta de las rocas, la edad de la Tierra, los fósiles y muchos objetos antiguos. Nos ayuda a entender cuánto tiempo ha pasado y cómo han cambiado las cosas en nuestro planeta.

Junto con el estudio de las capas de la Tierra (Estratigrafía), la datación radiométrica se usa en geocronología para crear la escala temporal geológica. Algunas de las técnicas más conocidas son la datación potasio-argón, la datación uranio-plomo y la datación por radiocarbono. Esta última es muy usada para datar restos orgánicos más recientes, de hasta 60.000 años.

Los diferentes métodos de datación radiométrica son útiles para distintas escalas de tiempo y tipos de materiales.

¿Cómo funciona la datación radiométrica?

La transformación de los elementos

Un ejemplo de cómo un elemento se transforma en otro. El plomo 212 (²¹²Pb) se convierte en plomo 208 (²⁰⁸Pb) a través de varios pasos. El plomo 208 es estable y ya no se transforma.

Toda la materia está hecha de elementos químicos. Cada elemento tiene un número específico de protones en su centro, llamado número atómico. Además, los elementos pueden tener diferentes isótopos, que varían en el número de neutrones en su centro. Un isótopo específico de un elemento se llama nucleido.

Algunos nucleidos son inestables. Esto significa que, con el tiempo, un átomo de ese nucleido se transformará espontáneamente en un nucleido diferente. Esta transformación puede ocurrir de varias maneras, como emitiendo pequeñas partículas.

Aunque no podemos predecir cuándo se transformará un átomo en particular, un grupo grande de átomos inestables se transforma a un ritmo predecible. Este ritmo se describe con un valor llamado "vida media". La vida media es el tiempo que tarda la mitad de los átomos de un nucleido en transformarse en un nucleido "hijo" o "producto de transformación".

En muchos casos, el nucleido "hijo" también es inestable y sigue transformándose hasta que se forma un nucleido "hijo" estable (que ya no se transforma). Cada paso en esta cadena tiene su propia vida media. Para la datación, la vida media más larga de la cadena es la más importante, ya que es la que controla el tiempo total de la transformación.

Los sistemas de isótopos usados para la datación radiométrica tienen vidas medias que van desde unos 10 años (como el tritio) hasta más de 100.000 millones de años (como el samario 147).

Para la mayoría de los nucleidos inestables, la vida media es una constante y no cambia por factores externos como la temperatura, la presión o el entorno químico. Esto hace que la proporción del nucleido original y sus productos de transformación cambie de manera predecible con el tiempo. Esta previsibilidad permite usar las cantidades relativas de estos nucleidos como un reloj para medir el tiempo desde que se formó un material hasta el presente.

¿Qué tan precisa es la datación radiométrica?

Espectrómetro de masas de ionización térmica usado para la datación radiométrica.

Para que la datación radiométrica sea precisa, es fundamental que ni el elemento "padre" ni el "hijo" hayan entrado o salido del material después de su formación. Es importante investigar si hubo alguna contaminación o pérdida de estos elementos.

La precisión mejora si se toman medidas en varias muestras de diferentes partes de una roca. También, si se pueden datar varios minerales de la misma muestra que se formaron al mismo tiempo, los resultados deberían coincidir. Esto ayuda a reducir problemas de contaminación.

La precisión de un método de datación depende de la vida media del isótopo inestable. Por ejemplo, el carbono 14 tiene una vida media de 5.730 años. Después de que un organismo ha estado muerto por 60.000 años, queda muy poco carbono 14 para una datación precisa. Sin embargo, para restos más jóvenes, la edad se puede determinar con mucha exactitud, a veces con una precisión de pocas décadas.

La temperatura de cierre

Imagina que una roca se calienta mucho. Si esta roca contiene elementos "hijo" que se han acumulado con el tiempo, el calor puede hacer que esos elementos se escapen. Esto "pone a cero" el reloj isotópico. La temperatura a la que esto sucede se llama "temperatura de cierre".

Esta temperatura es diferente para cada material y sistema de isótopos. Cuando un mineral se enfría, su estructura cristalina se forma y los isótopos ya no pueden moverse fácilmente. La temperatura de cierre es el punto en el que la estructura cristalina está lo suficientemente formada como para que los isótopos queden atrapados.

Por lo tanto, la edad que se calcula con la datación radiométrica es el momento en que la roca o el mineral se enfriaron por debajo de su temperatura de cierre. Datar diferentes minerales en la misma roca (con distintas temperaturas de cierre) puede ayudarnos a entender la historia de cómo se enfrió y transformó esa roca a lo largo del tiempo. Esto se conoce como termocronología.

La fórmula de la datación

Un gráfico que muestra la datación Sm/Nd de muestras de una formación rocosa en Zimbabue. La edad se calcula a partir de la inclinación de la línea.

La fórmula matemática que relaciona la transformación de los elementos con el tiempo geológico es:

o

Donde:

• es la edad de la muestra.
• es el número de átomos del isótopo "hijo" en la muestra.
• es el número de átomos del isótopo "hijo" al principio.
• es el número de átomos del isótopo "padre" en la muestra en el presente.
• es la constante de transformación del isótopo "padre".

Esta fórmula funciona si el isótopo "padre" se transforma de una sola manera y el isótopo "hijo" es estable. Para otros casos, se usan fórmulas más complejas.

Métodos modernos de datación

La datación radiométrica se conoce desde 1905. Desde entonces, las técnicas han mejorado mucho. Ahora se pueden datar muestras muy pequeñas, usando un espectrómetro de masas. Este aparato, inventado en la década de 1940, genera un haz de átomos de la muestra. Luego, un campo magnético los desvía a diferentes sensores según su masa. Al llegar a los sensores, los átomos crean una corriente muy débil que se mide para saber las cantidades de los diferentes átomos.

Datación uranio-plomo: ¿Cómo se usa para rocas muy antiguas?

Esta sección es un extracto de Datación uranio-plomo.

Un diagrama de concordia usado en la datación uranio-plomo. Ayuda a encontrar la edad correcta de la roca incluso si se ha perdido parte del plomo.

La datación uranio-plomo (U-Pb) es una de las técnicas más antiguas y precisas. Puede datar rocas que se formaron hace entre 1 millón y 4.500 millones de años, con una precisión muy alta.

Este método se basa en dos cadenas de transformación: el uranio 238 se convierte en plomo 206 (con una vida media de 4.470 millones de años) y el uranio 235 se convierte en plomo 207 (con una vida media de 704 millones de años). Una gran ventaja es que cada muestra ofrece dos "relojes", lo que permite verificar la edad con precisión, incluso si se ha perdido algo de plomo.

La datación U-Pb a menudo se realiza en el mineral zircón, que incorpora átomos de uranio pero no de plomo en su estructura. El zircón tiene una temperatura de cierre muy alta y es muy resistente, lo que lo hace ideal para este tipo de datación.

Datación samario-neodimio: ¿Qué nos dice sobre el origen de las rocas?

Datación potasio-argón: ¿Cómo se datan las rocas volcánicas?

Datación rubidio-estroncio: ¿Qué nos revela sobre la corteza terrestre?

Datación uranio-torio: ¿Cómo se datan los corales y las cuevas?

Esta sección es un extracto de Datación uranio-torio.

Relaciones de los elementos uranio y torio a lo largo del tiempo.

La datación uranio-torio es una técnica usada para saber la edad de materiales hechos de carbonato de calcio, como las formaciones de espeleotemas en cuevas o los corales. A diferencia de otros métodos, este calcula la edad basándose en cómo se ha restablecido el equilibrio entre el torio 230 y su "padre", el uranio 234, dentro de una muestra.

El torio no se disuelve fácilmente en el agua, por lo que los materiales que se forman en el agua no suelen contener torio al principio. En cambio, el uranio sí se disuelve en el agua, así que los materiales formados a partir de ella contienen pequeñas cantidades de uranio. Con el tiempo, el uranio 234 en la muestra se transforma en torio 230.

Las dataciones con uranio-torio tienen un límite de edad de poco más de 500.000 años.

Datación por radiocarbono: ¿Cómo se datan los restos de seres vivos?

Esta sección es un extracto de Datación por radiocarbono.

Las Piedras de Ale en Suecia fueron datadas en el año 56 d.C. usando el método de carbono 14 en material orgánico encontrado en el lugar.

La datación por radiocarbono es un método que usa el carbono-14 (¹⁴C) para determinar la edad de materiales que contienen carbono, hasta unos 50.000 años. El ¹⁴C tiene una vida media de 5.730 años y se transforma en nitrógeno. A diferencia de otros isótopos, el ¹⁴C se crea continuamente en la atmósfera por la interacción de los rayos cósmicos con el nitrógeno. Por eso, siempre hay una cantidad casi constante de ¹⁴C en la Tierra. El ¹⁴C se convierte en una pequeña parte del dióxido de carbono atmosférico (CO₂).

El principio de cómo funciona el método de datación por radiocarbono.

Los seres vivos que contienen carbono lo absorben continuamente durante su vida. Las plantas lo obtienen de la fotosíntesis, y los animales al comer plantas o a otros animales. Cuando un organismo muere, deja de absorber ¹⁴C, y el que ya tiene empieza a transformarse. La cantidad de ¹⁴C que queda en los restos del organismo nos indica cuánto tiempo ha pasado desde su muerte. Esto hace que el ¹⁴C sea ideal para datar huesos o restos de organismos. El límite de datación con ¹⁴C está entre 58.000 y 62.000 años.

La velocidad a la que se crea el ¹⁴C parece ser bastante constante. Sin embargo, eventos como erupciones volcánicas o pruebas de bombas nucleares pueden afectar las concentraciones de ¹⁴C y dar fechas menos precisas.

En arqueología, se considera una técnica de datación exacta. En 1946, el químico estadounidense Willard Libby explicó cómo se forma el ¹⁴C. Más tarde, en 1949, desarrolló el método de datación por radiocarbono. En 1960, Libby ganó el Premio Nobel de Química por su descubrimiento.

Datación por las trazas de fisión

Este método consiste en observar una muestra pulida de un material para contar las "marcas" que deja la transformación espontánea de pequeñas cantidades de uranio 238. Para usar este método, se debe conocer la cantidad de uranio en la muestra. Esto se puede hacer colocando una película de plástico sobre la muestra y bombardeándola con neutrones lentos, lo que provoca la transformación del uranio 235. Las marcas que se producen en la película de plástico nos permiten calcular la cantidad de uranio.

Este método se puede usar para una amplia gama de edades geológicas. Para fechas de hasta unos pocos millones de años, se usan micas, tectitas (vidrio volcánico) y meteoritos. Para materiales más antiguos, se pueden usar circonio, apatita, titanita y granate, que contienen diferentes cantidades de uranio. Como las marcas de transformación se borran con temperaturas superiores a 200 °C, esta técnica también puede ayudar a entender la historia de calentamiento de una roca.

Datación del cloro 36

Entre 1952 y 1958, se produjeron grandes cantidades del cloro 36 (³⁶Cl), un isótopo poco común, debido a las explosiones de armas nucleares en la atmósfera. El ³⁶Cl permanece en la atmósfera aproximadamente una semana. Por lo tanto, el ³⁶Cl es útil para datar aguas subterráneas de menos de 50 años. También se ha usado para datar hielos y sedimentos.

Métodos de datación por luminiscencia: ¿Cómo se datan los sedimentos y la cerámica?

Los métodos de datación por luminiscencia no son radiométricos, ya que no dependen de la cantidad de isótopos. En cambio, se basan en la radiación de fondo natural que absorben ciertos minerales. Con el tiempo, esta radiación es absorbida por granos minerales en sedimentos y objetos arqueológicos como el cuarzo y el feldespato de potasio. La radiación hace que la energía quede atrapada dentro de los granos.

La exposición a la luz del sol o al calor libera esta energía, lo que "pone a cero" el reloj. La energía atrapada se acumula con el tiempo a un ritmo determinado por la cantidad de radiación de fondo en el lugar donde la muestra estuvo enterrada. Al estimular estos granos minerales con luz (datación por luminiscencia estimulada ópticamente) o calor (datación por termoluminiscencia), se emite una señal de luz. La intensidad de esta señal nos dice cuánta radiación se absorbió y, por lo tanto, cuánto tiempo estuvo enterrada la muestra.

Estos métodos se pueden usar para datar la edad de una capa de sedimento, ya que las capas superiores impiden que la luz del sol "reinicie" los granos. Los fragmentos de cerámica se pueden datar desde la última vez que se calentaron mucho, generalmente cuando se cocieron en un horno.

Métodos de datación por termoluminiscencia

Esta sección es un extracto de Datación por termoluminiscencia.

Vaso campaniforme de Ciempozuelos. La datación por termoluminiscencia se puede aplicar a materiales que han sido calentados, como la cerámica.

La datación por termoluminiscencia es un método para determinar la edad de objetos que han sido calentados, como hogares o cerámicas. También se puede usar para datar sedimentos de viento, ríos, mares, costas, rocas volcánicas y carbonato cálcico de cuevas. Se basa en los cambios que la radiación ionizante (del espacio y del entorno) provoca en las estructuras de los minerales. Estos cambios aumentan la termoluminiscencia de los minerales con el tiempo de exposición a la radiación.

Para usar este método, el objeto (cerámica, piedra de horno, etc.) debe contener minerales termoluminiscentes (como el cuarzo) y haber sido calentado a más de 500 °C. En el caso de los sedimentos, deben haber estado expuestos a la luz del sol durante un tiempo. Las muestras analizadas deben tener una antigüedad de entre 1.000 y 500.000 años.

Otros métodos de datación

Existen otros métodos de datación, como:

• datación argón-argón (Ar–Ar)
• datación yodo-xenón (I–Xe)
• datación lutecio-hafnio (Lu–Hf)
• datación plomo-plomo (Pb–Pb)
• datación potasio-calcio (K–Ca)
• datación renio-osmio (Re – Os)
• datación uranio-plomo – helio (U–Pb–He)
• datación uranio-uranio (U–U)
• datación criptón-criptón] (Kr–Kr)
• berilio (¹⁰Be–⁹Be)

Datación con elementos inestables de vida corta que ya no existen

Para datar rocas muy antiguas, como las del principio del sistema solar, se necesitan elementos "padre" con vidas medias extremadamente largas. Esto puede hacer que las mediciones sean menos precisas. Para obtener una mejor idea de las edades relativas de estas rocas antiguas, se pueden usar isótopos de vida corta que ya no están presentes en la roca, conocidos como radionucleidos extintos.

Al principio del sistema solar, existían varios nucleidos inestables de vida relativamente corta, como el ²⁶Al, el hierro 60, el manganeso 53 y el yodo 129. Estos nucleidos, posiblemente creados por la explosión de una supernova, ya no existen hoy. Sin embargo, sus productos de transformación pueden encontrarse en materiales muy antiguos, como los meteoritos.

Al medir los productos de transformación de estos nucleidos extintos, es posible determinar las edades relativas de diferentes eventos en la historia temprana del sistema solar. Estos métodos también se pueden calibrar con el método uranio-plomo para obtener edades exactas. Así, se puede obtener tanto una edad aproximada como una alta precisión temporal. Generalmente, una vida media más corta permite una mayor precisión temporal, pero para un período de tiempo más corto.

El reloj yodo 129 – xenón 129

El yodo 129 se transforma en xenón 129 con una vida media de 16 millones de años. Este método es una técnica de isócrona. Las muestras se exponen a neutrones en un reactor nuclear, lo que convierte el isótopo estable de yodo (¹²⁷I) en xenón 128. Después, las muestras se calientan y se analiza el xenón liberado. Cuando se observa una proporción constante de xenón 129 / xenón 128 en varios pasos de temperatura, se puede interpretar como el momento en que la muestra dejó de perder xenón.

El reloj aluminio 26 – magnesio 26

Otro ejemplo de datación con nucleidos extintos de vida corta es el reloj ²⁶Al – magnesio 26. Se puede usar para estimar las edades relativas de los cóndrulos (pequeñas esferas que se encuentran en algunos meteoritos). El ²⁶Al se transforma en ²⁶Mg con una vida media de 720.000 años. La datación consiste en encontrar la diferencia en la cantidad de ²⁶Mg (el producto de la transformación del ²⁶Al) en comparación con la proporción de los isótopos estables aluminio 27 / magnesio 24.

El exceso de ²⁶Mg se encuentra comparando la proporción de ²⁶Mg/²⁷Mg con la de otros materiales del sistema solar. Este reloj nos da una estimación del tiempo de formación de meteoritos primitivos, de solo unos pocos millones de años.

Galería de imágenes

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  Las Piedras de Ale en Suecia fueron datadas en el año 56 d.C. usando el método de carbono 14 en material orgánico encontrado en el lugar.

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  El principio de cómo funciona el método de datación por radiocarbono.

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  Vaso campaniforme de Ciempozuelos. La datación por termoluminiscencia se puede aplicar a materiales que han sido calentados, como la cerámica.

Ver también

• Métodos de datación en arqueología
• Edad de la Tierra
• Historia de la geología
• Geoquímica de isótopos
• Radioactividad
• Datación por radiocarbono
• Datación potasio-argón
• Datación uranio-torio
• Datación uranio-plomo
• Datación samario-neodimio

Véase también

En inglés: Radiometric dating Facts for Kids