Si miras el cartel junto a una roca de cientos de millones de años en un museo, verás que indica su edad con una precisión sorprendente. Sin embargo, nadie vio aquella época con sus propios ojos y la roca tampoco lleva grabado un calendario. ¿En qué se basaron entonces para determinar su edad? La respuesta está en el reloj de los átomos, que avanza muy despacio y a un ritmo constante dentro de la roca.
Este método se llama datación radiométrica (Radiometric Dating). La técnica calcula la antigüedad de una muestra comparando la cantidad de un isótopo radiactivo presente en una roca o un objeto antiguo con la cantidad de la sustancia producida por su desintegración. Hoy es la herramienta más importante para determinar la edad absoluta de la Tierra y de los fósiles.
En este artículo veremos, por orden, en qué principio se basa la datación radiométrica para medir el tiempo, en qué se diferencian los métodos más representativos, cómo se determinó la edad de la Tierra y qué precauciones hay que tomar para confiar en este reloj.
Cómo leer el reloj atómico de las rocas
El período de semidesintegración marca un ritmo constante
Con el tiempo, los núcleos atómicos inestables se transforman espontáneamente y dan lugar a otros átomos. Este proceso se llama desintegración radiactiva. Es imposible saber cuándo se transformará un átomo concreto, pero en un conjunto muy grande de átomos el tiempo que tarda en transformarse la mitad está determinado. Ese tiempo es el período de semidesintegración.
(1) Elemento padre y elemento hijo
Al átomo original se lo llama elemento padre y al átomo resultante de la transformación, elemento hijo. Al medir la proporción entre las cantidades de ambos en la muestra, se puede saber cuánto ha avanzado la desintegración.
(2) Una velocidad estable ante los cambios del entorno
Como el período de semidesintegración depende de las propiedades del núcleo atómico, la temperatura, la presión y las reacciones químicas apenas lo afectan. Esta constancia permite usar los átomos como relojes.
(3) El momento en que se pone en marcha el reloj
El reloj empieza a funcionar cuando el sistema se cierra y los elementos padre e hijo ya no pueden entrar ni salir, como ocurre cuando un mineral cristaliza al enfriarse el magma. Por eso, la edad medida indica el momento en que la roca se enfrió y se solidificó.
En un reloj de arena, sería como leer el tiempo transcurrido a partir de la proporción entre la arena que queda arriba y la que se ha acumulado abajo. Basta recordar que, tras un período de semidesintegración, queda la mitad del elemento padre, tras dos queda 1/4 y tras tres solo queda 1/8 para entender la mitad del principio.
Distintos relojes para distintos tipos de muestra
Como las velocidades de desintegración varían, cada reloj funciona bien en un intervalo de tiempo distinto. Algunos son precisos a escalas de miles de años y otros permiten estimar edades de miles de millones de años.
- Carbono-14 (Carbon-14). Su período de semidesintegración es de unos 5,730 años. Como se incorpora a los seres vivos a través del dióxido de carbono del aire, sirve para datar materiales orgánicos como el hueso y la madera. Su límite de medición se sitúa aproximadamente entre 5 y 6 decenas de miles de años.
- Potasio-argón (Potassium-Argon). El potasio-40 tiene un período de semidesintegración de unos 13 cientos de millones de años. El método se usa para datar rocas antiguas, como las volcánicas.
- Uranio-plomo (Uranium-Lead). El uranio-238 y el uranio-235 se transforman en plomo con períodos de semidesintegración de unos 45 y 7 cientos de millones de años, respectivamente. Como ambos relojes coexisten en una misma muestra, sus resultados pueden verificarse entre sí.
- Rubidio-estroncio (Rubidium-Strontium). Su período de semidesintegración es de unos 500 cientos de millones de años. Se utiliza para datar rocas muy antiguas o muestras lunares.
Willard Libby desarrolló el método del carbono-14 a finales de la década de 1940 y recibió el Premio Nobel de Química en 1960 por este logro. En una roca de cientos de millones de años apenas queda carbono-14, de modo que es imposible datarla con este método. En definitiva, la elección del reloj depende del intervalo de tiempo que se quiere medir y del material del que está hecha la muestra.
El secreto del plomo que reveló la edad de la Tierra
En 1905, Ernest Rutherford propuso la datación radiométrica como método para determinar la edad de la Tierra. La técnica empezó a aplicarse en serio en 1907, cuando Bertram Boltwood calculó la edad de las rocas a partir de la cantidad de plomo presente en minerales de uranio.
(1) El papel del circón
Al cristalizar, el circón incorpora uranio y rechaza en gran medida el plomo. Por eso, casi todo el plomo que contiene ahora procede de la desintegración del uranio, lo que facilita la datación. Las mediciones indicaron que los cristales de circón de Jack Hills, en Australia Occidental, superan como mínimo los 44 cientos de millones de años.
(2) La edad de la Tierra hallada en los meteoritos
El movimiento de las placas ha hecho que las rocas terrestres se fundan y vuelvan a solidificarse una y otra vez, borrando el registro original. Por eso, los meteoritos formados en la misma época sirvieron de pista. En 1956, Clair Patterson analizó los isótopos de plomo de varios meteoritos, entre ellos el de Canyon Diablo, y obtuvo una edad de unos 45 cientos de millones más 5 decenas de millones de años.
(3) El valor actual
Las mediciones posteriores ganaron precisión y hoy se estima que la Tierra tiene unos 45 cientos de millones más 4 decenas de millones de años, con un margen de error de unos 5 decenas de millones de años. La comparación con el valor de Patterson muestra que la estimación se ha mantenido en lo esencial durante casi 70 años.
Sin esos fósiles del cosmos que son los meteoritos, quizá los primeros tiempos de la Tierra seguirían envueltos en la niebla.
Condiciones y comprobaciones para confiar en el reloj
La datación radiométrica es una disciplina científica que exige comprobar varios supuestos antes de dar por válida la respuesta que arroja la fórmula. Su fiabilidad depende de verificar que esos supuestos se cumplen.
(1) El supuesto de un sistema cerrado
Una vez formada la muestra, ni el elemento padre ni el elemento hijo deben entrar en ella ni salir de ella. Si la roca vuelve a calentarse, el elemento hijo puede escapar y el reloj puede volver a ponerse a cero.
(2) Método de la isócrona (Isochron)
Si se representan en un gráfico las proporciones medidas en varios minerales de la misma roca y los puntos forman una recta, se puede determinar la edad aun sin conocer la cantidad inicial del elemento hijo. El propio hecho de que los puntos se ajusten bien a la recta indica que la muestra se ha conservado intacta.
(3) Verificación cruzada con métodos distintos
Las edades obtenidas para el gneis de Amitsoq, en el oeste de Groenlandia, concordaron bien entre sí. El método uranio-plomo arrojó unos 36 cientos de millones de años y el método plomo-plomo, unos 35 cientos de millones más 6 decenas de millones de años.
Que relojes independientes den la misma respuesta es la razón más sólida para confiar en la datación radiométrica. El primer paso de la datación radiométrica es atreverse a confiar en el ritmo de desintegración de unos átomos invisibles a simple vista para hacerle preguntas al pasado remoto.
