Tiempo Profundo
Quizás el mayor obstáculo para comprender la evolución de la Tierra, así como la diversificación de su rica biosfera, es el inmenso lapso de tiempo requerido: 4,500 millones de años desde los orígenes de nuestro planeta. Este concepto de «tiempo profundo» representa uno de los descubrimientos científicos más importantes. Numerosas líneas de evidencia observacional, extraídas de la física, la química, la geología y la biología, respaldan la antigüedad de nuestro planeta. Todos estos enfoques complementarios e independientes producen edades similares para la Tierra.
Evidencia del Tiempo Profundo
La escala de tiempo cósmica se extiende desde el Big Bang hace 13.7 mil millones de años hasta el origen de la Tierra hace 4.5 mil millones de años hasta hoy. Simplemente no hay una manera fácil de comprender el «tiempo profundo» porque los números como millones y miles de millones son extremadamente difíciles de entender. Sin embargo, los científicos de la Tierra han desarrollado numerosas líneas de evidencia independientes pero consistentes que apuntan a una Tierra increíblemente vieja.
Las rocas y los minerales proporcionan a los científicos de la Tierra sus relojes más confiables. Por ejemplo, las capas anuales pueden proporcionar mediciones de edad muy precisas de hasta quizás un millón de años. Las estimaciones de períodos de tiempo mucho más largos se basan en las tasas de procesos geológicos en curso. El método más preciso y confiable para determinar el momento de los eventos desde los 4,500 millones de años es la determinación de la edad isotópica o la datación radiométrica. Cuando se aplican adecuadamente, estos tres enfoques producen estimaciones idénticas de eventos geológicos.
Los cronómetros geológicos más directos e inequívocos son formaciones rocosas con capas anuales. Los anillos anuales de los árboles proporcionan un análogo familiar. Cada año de vida de un árbol está marcado por un anillo distintivo con zonas más claras y oscuras. Estos cambios de color resultan a medida que el crecimiento aumenta en primavera y disminuye el invierno siguiente. Según el recuento de los anillos de los árboles, los árboles más antiguos de la Tierra tienen unos pocos miles de años, pero la datación de los anillos de los árboles (O dendrocronología) se ha retrasado 26,000 años al comparar árboles vivos con troncos enterrados de edad creciente.
Las rocas sedimentarias también pueden mostrar capas anuales, o varvas, que resultan de las diferencias estacionales en la deposición de sedimentos. Los depósitos de varvas más dramáticos, como una secuencia meticulosamente documentada de 13,527 años en lagos glaciares en Suecia, ocurren como capas delgadas alternas y claras, que representan sedimentos de primavera de grano más grueso y sedimentos de invierno más finos, respectivamente.
Los antiguos depósitos de varvas a veces conservan períodos de tiempo mucho más largos: La lutita Green River finamente laminada en Wyoming presenta secciones verticales continuas de media milla de espesor, con 6 millones de tales capas. Eso implica que la deposición continuó durante 6 millones de años en los lagos poco profundos que albergaban los sedimentos del Green River.
Algunas de las capas anuales continuas más antiguas se extraen de los núcleos de hielo, cuyas láminas surgen de variaciones estacionales en las nevadas. Un núcleo de hielo de 2,000 metros de largo de la Antártida Oriental revela 160,000 capas anuales de acumulación, año tras año, capa de nieve por capa de nieve. Y esas capas anuales descansan sobre otros 2,000 metros de hielo, que se asientan en rocas mucho más antiguas. Edades similares de los núcleos de hielo comprenden los depósitos glaciares gruesos de Groenlandia.
Se necesitan al menos un millón de años para dar cuenta de muchos depósitos superficiales de sedimentos y hielo. La Tierra debe ser mucho más antigua que eso, pero ¿Cuántos años tiene? Los cambios lentos e inexorables de la superficie dinámica de la Tierra proporcionan una medida vívida, aunque aproximada, del tiempo profundo.
Los grandes procesos geológicos como el crecimiento de volcanes, la apertura de océanos y la erosión de montañas pueden llevar varios cientos de millones de años. Sin embargo, unos pocos cientos de millones de años no son más que una pequeña fracción de unos pocos miles de millones de años. ¿Cómo podemos decir que la Tierra tiene 4,560 millones de años?
Datación Radiométrica
El proceso físico de la desintegración radiactiva ha proporcionado a los científicos de la Tierra su método más importante para determinar la edad absoluta de rocas y minerales. Esta técnica notable, que depende de las mediciones de las propiedades distintivas de los materiales radiactivos, se llama geocronología de radioisótopos o datación radiométrica.
A nuestro alrededor se encuentran trazas de isótopos de elementos radiactivos, incluidos el carbono 14, el uranio 238 y docenas de otros, en rocas, en el agua y en el aire. Estos isótopos son inestables, por lo que se rompen gradualmente o se descomponen. La datación radiométrica funciona porque los elementos radiactivos se descomponen de manera predecible, como el tic-tac regular de un reloj.
Si tienes una colección de 1 millón de átomos de un isótopo radiactivo, la mitad de ellos se descompondrá en un período de tiempo llamado vida media. El uranio-238, por ejemplo, tiene una vida media de 4,468 mil millones de años, por lo que, si comienzas con 1 millón de átomos y regresas en 4,468 mil millones de años, encontrará solo unos 500,000 átomos de uranio-238 restantes. El resto del uranio habrá decaído a 500,000 átomos de otros elementos, en última instancia a átomos estables (Eo radiactivos) de plomo-206. Espera otros 4,468 mil millones de años y solo quedarán unos 250,000 átomos de uranio.
Los isótopos radiactivos tienen una amplia gama de vidas medias, desde una fracción de segundo hasta muchos miles de millones de años. Los isótopos con vidas medias muy cortas no son muy útiles para fechar rocas. El método de datación radiométrica más conocido implica el isótopo carbono-14, con una vida media de 5,730 años.
Todo organismo vivo absorbe carbono durante su vida útil. La mayor parte de este carbono (Aproximadamente el 99 por ciento) está en forma de carbono-12 estable (No radioactivo), mientras que quizás el 1 por ciento es el carbono-13 un poco más pesado y estable. Pero un cierto pequeño porcentaje del carbono en su cuerpo y todos los demás seres vivos, no más de un átomo de carbono en cada billón, está en forma de carbono-14 radiactivo.
El carbono-14 se produce constantemente en la atmósfera cuando los rayos cósmicos interactúan con el nitrógeno-14 común. Esas interacciones nucleares convierten una pequeña fracción de nitrógeno-14 en carbono-14, que luego comienza a descomponerse nuevamente en nitrógeno-14.
Mientras un organismo esté vivo, el carbono-14 en sus tejidos se renueva constantemente en la misma pequeña proporción de parte por billón que se encuentra en el entorno general. Todos los isótopos de carbono se comportan de la misma manera químicamente, por lo que las proporciones de isótopos de carbono en el tejido vivo serán casi las mismas en todas partes, para todos los seres vivos.
Sin embargo, cuando un organismo muere, deja de tomar carbono de cualquier forma. Desde el momento de la muerte, por lo tanto, el carbono-14 en los tejidos ya no se repone. Como un reloj, los átomos de carbono-14 se transmutan por desintegración radiactiva en nitrógeno 14, átomo por átomo, para formar un porcentaje cada vez menor del carbono total.
Por lo tanto, los científicos pueden determinar la edad aproximada de un pedazo de madera, cabello, hueso u otro objeto midiendo cuidadosamente la fracción de carbono-14 que queda y comparándola con la cantidad de carbono-14 que se puede suponer que estaba en ese material cuando estaba vivo.
Los científicos han realizado meticulosas comparaciones año a año de las fechas de carbono 14 con las de las cronologías de los anillos de los árboles, y el resultado es que las dos técnicas independientes producen exactamente las mismas fechas para la madera fósil antigua.
La datación por carbono 14 ha sido fundamental en el mapeo de la historia humana en las últimas decenas de miles de años. Sin embargo, cuando un objeto tiene más de 50,000 años, la cantidad de carbono-14 que queda en él es tan pequeña que no se puede usar este método de datación.
Hasta la fecha, las rocas y los minerales que tienen millones de años de antigüedad, los científicos deben confiar en técnicas similares que utilizan isótopos radiactivos de vida media mucho mayor, incluido el potasio-40 (Vida media de 1.248 mil millones de años), uranio-238 (Vida media de 4.468 mil millones de años) y Rubidio-87 (Vida media de 48 mil millones de años). En estos casos, los geólogos miden el número total de átomos de los elementos primarios radiactivos y elementos secundarios estables para determinar cuántos núcleos radiactivos estaban presentes al principio.
Los eventos mucho más antiguos en la historia de la vida, algunos que se remontan a miles de millones de años, a menudo se basan en la datación con potasio-40. Esta técnica funciona bien porque los fósiles casi siempre se conservan en capas de sedimentos, que también registran la caída periódica de cenizas volcánicas como horizontes delgados de pequeños fragmentos de vidrio y otras partículas distintivas. La ceniza volcánica es rica en minerales que contienen potasio, por lo que cada caída de ceniza proporciona un marcador de tiempo único en una secuencia sedimentaria.
El surgimiento de los humanos hace aproximadamente 2.5 millones de años, la extinción de los dinosaurios hace 65.5 millones de años, la aparición de animales con conchas duras que comenzaron hace aproximadamente 540 millones de años, y otras transiciones clave en la vida en la Tierra generalmente se datan de esta manera.
Las rocas más antiguas conocidas, que incluyen basalto y otras formaciones ígneas, solidificadas a partir de fundidos incandescentes al rojo vivo. Estas muestras duraderas de la Luna y los meteoritos son típicamente pobres en potasio, pero afortunadamente incorporan pequeñas cantidades de uranio-238 y otros isótopos radiactivos. Tan pronto como estas rocas fundidas se enfrían y endurecen, sus elementos radiactivos se bloquean en su lugar y comienzan a descomponerse.
La más antigua de estas muestras son varios tipos de meteoritos, en los que un poco más de la mitad del uranio original se ha descompuesto en plomo. Estas rocas espaciales primordiales, los restos de la formación de la Tierra y otros planetas, producen una edad máxima de aproximadamente 4.567 mil millones de años para el naciente sistema solar. Las rocas lunares más antiguas conocidas, de aproximadamente 4.46 mil millones de años, también registran estos primeros eventos formativos. La Tierra debe haberse formado aproximadamente al mismo tiempo, pero la superficie original de nuestro planeta inquieto ahora se ha erosionado. Solo sobreviven unos pocos granos ricos en uranio, del tamaño de arena del resistente circón mineral, algunos de hasta 4.400 mil millones de años. Sin embargo, las rocas que contienen uranio en todos los continentes proporcionan una cronología detallada de la Tierra primitiva.
Las rocas terrestres más antiguas, de aproximadamente 4 mil millones de años, apuntan a los orígenes tempranos de los continentes. Las rocas de hace casi 3.5 mil millones de años albergan los fósiles inequívocos más antiguos: Microorganismos primitivos y estructuras en forma de cúpula llamadas estromatolitos, que formaron sus hogares rocosos. Distintivas formaciones sedimentarias ricas en uranio y depósitos en capas de óxidos de hierro de hace aproximadamente 2.5 a 2.0 mil millones de años documentan el aumento gradual del oxígeno atmosférico a través de la fotosíntesis.
Referencias
Henry Gee
Stephen Jay Gould
John Grotzinger, Thomas H. Jordan
Roberth M. Hazen
John McPhee
James Trefil, Robert M. Hazen
hola Torjo.
se agradece la variedad de temas que abordas. En lo particular me gustan la profundidad en calidad y seguridad alimentaria.
pero la antropología y geología me gustan
saludos