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Datación radiométrica

La datación radiométrica, datación radioactiva o datación por radioisótopos es una técnica utilizada para datar materiales como rocas, minerales y restos orgánicos (carbono), en los que se incorporaron de manera selectiva impurezas radiactivas cuando se formaron. El método se basa en la comparación de la abundancia de un radionucleido de ocurrencia natural dentro del material con la abundancia de sus productos de descomposición, que se forman a una tasa constante de desintegración conocida.[1]​ El uso de la datación radiométrica fue publicado por primera vez en 1907 por el radioquímico estadounidense Bertram Boltwood (1870-1927)[2]​ —a partir de una idea ya avanzado por el británico Ernest Rutherford en 1905— y ahora es la principal fuente de información sobre la edad absoluta de las rocas y otras características geológicas, incluida la edad de las formas de vida fosilizadas o la propia edad de la Tierra, y ​​también se puede utilizar para datar una amplia gama de materiales naturales y artefactos antiguos.[3]​ Al permitir el establecimiento de escalas de tiempo geológicas, proporciona una importante fuente de información sobre las edades de los fósiles y las tasas deducidas de cambio evolutivo.

Junto con los principios estratigráficos, los métodos de datación radiométrica se utilizan en geocronología para establecer la escala temporal geológica.[4]​ Entre las técnicas más conocidas están la datación potasio-argón, la datación uranio-plomo y la datación por radiocarbono (basada en la desintegración del isótopo carbono 14), comúnmente utilizada para la datación de restos orgánicos relativamente recientes, de hasta 60 000 años.[5]​ (Otros dataciones posibles son K/Ar, U/Pb, Rb/Sr, Sm/Nd, etc.[6]​)

Los diferentes métodos de datación radiométrica varían según sea la escala de tiempo en la que son precisos y de los materiales a los que se pueden aplicar.

Fundamentos

Desintegración radioactiva

 
Ejemplo de una cadena de desintegración radiactiva de plomo 212 (212Pb) a plomo 208 (208Pb). Cada nucleido padre se desintegra espontáneamente en un nucleido hijo (el producto de desintegración) a través de una desintegración α o de una desintegración β. El producto final de desintegración, plomo 208 (208Pb), es estable y ya no puede sufrir desintegración radiactiva espontánea.

Toda la materia ordinaria se compone de combinaciones de elementos químicos, cada uno con su propio número atómico, que indica el número de protones en el núcleo atómico. Además, los elementos pueden existir en diferentes isótopos, con cada isótopo de un elemento difiriendo en el número de neutrones en el núcleo. Un isótopo particular de un elemento particular se llama nucleido. Algunos nucleidos son inherentemente inestables. Es decir, en algún momento en el tiempo, un átomo de tal nucleido sufrirá un decaimiento radioactivo y se transformará espontáneamente en un nucleido diferente. Esta transformación se puede lograr de varias maneras diferentes, incluida la desintegración alfa (emisión de partículas alfa) y la desintegración beta (emisión de electrones, emisión de positrones o captura de electrones). Otra posibilidad es la fisión espontánea en dos o más nucleidos.

Si bien el momento en el que un núcleo particular se desintegra es impredecible, una colección de átomos de un nucleido radiactivo decae exponencialmente a una tasa descrita por un parámetro conocido como vida media, generalmente dada en unidades de años cuando se estudian las técnicas de datación. Después de que haya transcurrido una vida media, la mitad de los átomos del nucleido en cuestión se habrán desintegrado en un nucleido «hijo» o producto de desintegración. En muchos casos, el nucleido «hijo» en sí mismo es radioactivo, lo que resulta en una nueva cadena de desintegración, que finalmente termina con la formación de un nucleido «hijo» estable (no radioactivo); cada paso en tal cadena se caracteriza por una vida media distinta. En estos casos, generalmente la vida media de interés en la datación radiométrica es la más larga de la cadena, que es el factor limitante de la velocidad en la transformación final del nucleido radioactivo en su «hijo» estable. Los sistemas isotópicos que han sido explotados para la datación radiométrica tienen vidas medias que van desde solo unos 10 años (por ejemplo, tritio) hasta los más de 100 mil millones de años (por ejemplo, el samario 147).[7]

Para la mayoría de los nucleidos radiactivos, la vida media depende únicamente de las propiedades nucleares y es esencialmente una constante. No se ve afectado por factores externos como la temperatura, la presión, el entorno químico o la presencia de un campo magnético o eléctrico.[8][9][10]​ Las únicas excepciones son los nucleidos que se descomponen por el proceso de captura de electrones, como el berilio 7, el estroncio 85 y el circonio 89, cuya tasa de decaimiento puede verse afectada por la densidad electrónica local. Para todos los demás nucleidos, la proporción del nucleido original en relación a sus productos de desintegración cambia de manera predecible a medida que el nucleido original decae con el tiempo. Esta previsibilidad permite que las abundancias relativas de los nucleidos relacionados se utilicen como un reloj para medir el tiempo desde la incorporación de los nucleidos originales en un material hasta el presente.

Precisión de la datación radiométrica

 
Espectrómetro de masas de ionización térmica utilizado en la datación radiométrica

La ecuación básica de la datación radiométrica requiere que ni el nucleido «padre» ni el producto «hijo» puedan entrar o salir del material después de su formación. Los posibles efectos de confusión de la contaminación de los isótopos «padre» e «hijo» deben considerarse, al igual que los efectos de cualquier pérdida o ganancia de dichos isótopos desde que se creó la muestra. Por lo tanto, es esencial contar con la mayor cantidad de información posible sobre el material que se está datando y verificar posibles signos de alteración.[11]​ La precisión se mejora si las mediciones se toman en múltiples muestras de diferentes ubicaciones del cuerpo de roca. Alternativamente, si se pueden datar varios minerales diferentes de la misma muestra y se supone que fueron formados por el mismo evento y que estaban en equilibrio con el yacimiento cuando se formaron, deberían formar una isócrona. Esto puede reducir el problema de la contaminación. En la datación uranio-plomo, se utiliza el diagrama de concordia que también disminuye el problema de la pérdida de nucleidos. Finalmente, la correlación entre los diferentes métodos de datación isotópica puede ser necesaria para confirmar la edad de una muestra. Por ejemplo, se determinó que la edad de los gneises de Amitsoq, en el oeste de Groenlandia, era de 3,6 ± 0.05 millones de años (Ma) utilizando la datación plomo-uranio y de 3,56 ± 0.10 Ma utilizando la datación de plomo-plomo, resultados que coinciden entre sí.[12]:142–143

Una datación radiométrica precisa generalmente requiere que el «padre» tenga una vida media lo suficientemente larga como para que esté presente en cantidades significativas en el momento de la medición (excepto, como se describe a continuación, en la «Datación con radionucleidos extintos de vida corta»), que la vida media del «padre» se conozca con precisión y que se produzca suficiente cantidad del producto «hijo» para medirlo y distinguirlo de la cantidad inicial del «hijo» presente en el material. Los procedimientos utilizados para aislar y analizar los nucleidos «padre» e «hijo» deben ser precisos y seguros. Esto normalmente implica el uso de espectrometría de masas de relación isotópica.[13]

La precisión de un método de datación depende en parte de la vida media del isótopo radioactivo involucrado. Por ejemplo, el carbono 14 tiene una vida media de 5730 años. Después de que un organismo haya estado muerto desde hace 60 000 años, queda tan poco carbono 14 que no se puede establecer una datación precisa. Por otro lado, la concentración de carbono-14 cae tan abruptamente que la edad de los restos relativamente jóvenes se puede determinar con una precisión de unas pocas décadas.[14]

Temperatura de cierre

Si un material que rechaza selectivamente el nucleido hijo se calienta, cualquier nucleido hijo que se haya acumulado a lo largo del tiempo se perderá por difusión, lo que pondrá a cero el reloj isotópico. La temperatura a la que sucede esto se conoce como temperatura de cierre o temperatura de bloqueo y es específica de cada material en particular y sistema isotópico. Estas temperaturas se determinan experimentalmente en el laboratorio mediante el restablecimiento artificial de los minerales de muestra utilizando un horno de alta temperatura. A medida que el mineral se enfría, comienza a formarse la estructura cristalina y la difusión de los isótopos es menos fácil. A cierta temperatura, la estructura cristalina se ha formado lo suficiente como para evitar la difusión de isótopos. Esa temperatura es lo que se conoce como temperatura de cierre y representa la temperatura por debajo de la cual el mineral es un sistema cerrado para los isótopos. Por lo tanto, una roca o masa fundida ígnea o metamórfica, que se está enfriando lentamente, no comienza a mostrar una disminución radiactiva mensurable hasta que se enfríe por debajo de la temperatura de cierre. La edad que se puede calcular por datación radiométrica es, por lo tanto, el momento en que la roca o el mineral se enfriaron hasta la temperatura de cierre.[15][16]​ La datación de diferentes minerales y/o sistemas de isótopos (con diferentes temperaturas de cierre) dentro de la misma roca puede, por lo tanto, permitir el seguimiento de la historia térmica de la roca en cuestión en el tiempo, y por lo tanto la historia de los eventos metamórficos puede ser conocida en detalle. Este campo se conoce como termocronología o termocronometría.

Ecuación de datación

 
Trazado de la isócrona Sm/Nd de muestras[17]​ del Great Dyke, Zimbabue. La edad se calcula a partir de la pendiente de la isócrona (línea) y la composición original de la intersección de la isócrona con el eje Y.

La expresión matemática que relaciona la desintegración radioactiva con el tiempo geológico es:[15][18]

 

o

 

siendo:

 , la edad de la muestra,
 , el número de átomos del isótopo «hijo» en la muestra,
 , el número de átomos del isótopo «hijo» en la composición original (igual al n.º de átomos «padre» que han decaído radioactivamente),
 , el número de átomos del isótopo «padre» en la muestra en el momento t (el presente), dado por N(t) = Noe-λt, y
 , la constante de desintegración radiactiva del isótopo «padre», igual a la inversa de la vida media —duración promedio de un isótopo radiactivo previa a su desintegración— del isótopo «padre»[19]​ multiplicado por el logaritmo neperiano o natural ( ) de 2. La vida media es igual a la inversa de la constante de desintegración radiactiva:  . Al tiempo que transcurre hasta que la cantidad de nucleidos se reduce a la mitad de la cantidad inicial se le denomina periodo de semidesintegración, periodo, semiperiodo o semivida (no confundir con la vida media):  . Al final de cada período de semidesintegración la radiactividad se reduce a la mitad (de la inicial). A cada radioisótopo le corresponde un período de semidesintegración característico, en general diferente de los respectivos de otros isótopos.
Principales dataciones
Isótopo Período Emisión
Radón 222 3,82 días Alfa
Cobalto 60 5271 años Gamma
Carbono 14 5730 años Beta
Uranio 238 4510 millones de años[20] Alfa

La ecuación se expresa mejor en términos de la cantidad medida   en lugar del valor inicial constante  .

La ecuación anterior hace uso de la información sobre la composición de los isótopos «padre» e «hijo» en el momento en que el material que se está probando se enfrió por debajo de su temperatura de cierre. Esto está bien establecido para la mayoría de los sistemas isotópicos.[16][21]​ Sin embargo, la construcción de una isócrona no requiere información sobre las composiciones originales, utilizando simplemente las relaciones actuales de los isótopos «padre» e «hijo» de un isótopo estándar. El trazado de una isócrona se utiliza para resolver gráficamente la ecuación de edad y calcular la edad de la muestra y la composición original.

Esta ecuación es válida siempre que el modo de decaimiento del isótopo «padre» sea único y que el isótopo «hijo» sea estable. Para otros casos se pueden obtener ecuaciones más complejas, en las que se tienen en cuenta múltiples decaimientos posibles.

Métodos modernos de datación

La datación radiométrica se conoce desde 1905, cuando fue ideada por Ernest Rutherford como un método por el cual se podría determinar la edad de la Tierra. En el siglo transcurrido desde entonces, las técnicas se han mejorado y ampliado enormemente.[19]​ La datación se puede realizar ahora en muestras muy pequeñas, del orden de un nanogramo, usando un espectrómetro de masas. El espectrómetro de masas se inventó en la década de 1940 y comenzó a usarse en la datación radiométrica en la década de 1950. Opera generando un haz de átomos ionizados a partir de la muestra a prueba. Luego, los iones viajan a través de un campo magnético, que los desvía hacia diferentes sensores de muestreo, conocidos como «copas de Faraday», según sean su masa y nivel de ionización. Al impactar en las copas, los iones establecen una corriente muy débil que puede medirse para determinar la tasa de impactos y las concentraciones relativas de los diferentes átomos en los haces.

Método de datación uranio-plomo

 
Un diagrama de concordia como el utilizado en la datación uranio-plomo, con datos de Pfunze Belt, Zimbabue.[22]​ Todas las muestras muestran pérdida de isótopos de plomo, pero la intersección del errorchron (línea recta a través de los puntos de muestra) y la concordia (curva) muestra la edad correcta de la roca.[23]

La datación uranio-plomo (U-Pb) es uno de los sistemas más antiguos[24]​ y refinados de datación radiométrica. Se puede usar para datar rocas que se formaron y cristalizaron[25]​ desde hace 1 millón de años hasta 4500 millones de años con precisiones dentro del rango de porcentaje de 0,1-1%,[26]​ menos de dos millones de años en 2500 millones de años.[27][28]​ Se ha logrado un margen de error de 2–5% en las rocas mesozoicas más jóvenes.[29]

El método de datación uranio-plomo se basa en dos cadenas de desintegración, la serie de uranio de 238U a 206Pb, con un tiempo de vida media de 4470 millones de años y la serie del actinio de 235U a 207Pb, con un tiempo de vida media de 704 millones de años. Esa es una de sus grandes ventajas, que cualquier muestra proporciona dos relojes, lo que proporciona una verificación cruzada incorporada que permite determinar con precisión la edad de la muestra, incluso si se ha perdido parte del plomo. Esto se puede ver en el diagrama de concordia, donde las muestras se trazan a lo largo de un crona de error (errorchron) (línea recta) que cruza la curva de concordia en la edad de la muestra.

La datación U-Pb a menudo se realiza en el zircón mineral (ZrSiO4), aunque se puede usar en otros materiales, como baddeleyita, así como monazita (ver: geocronología monazita).[30]​ El circonio y la baddeleyita incorporan átomos de uranio en su estructura cristalina como sustitutos del zirconio, pero rechazan el plomo. El circonio tiene una temperatura de cierre muy alta, es resistente a la intemperie mecánica y es muy inerte químicamente. El circonio también forma múltiples capas de cristal durante los eventos metamórficos, cada uno de los cuales puede registrar una edad isotópica del evento. El análisis de microhaz in situ se puede lograr mediante técnicas de láser ICP-MS o SIMS.[31]

Método de datación samario-neodimio

La datación samario-neodimio o fechado mediante samario-neodimio es una técnica de datación radiométrica útil para determinar las edades de rocas y meteoritos. La técnica se basa en el decaimiento del isótopo samario (Sm), que implica una desintegración alfa del 147Sm a 143Nd con una vida media de 106 miles de millones de años. El contenido del isótopo Nd es utilizado para brindar información sobre la fuente de material ígneo como también sobre su antigüedad. Los diversos yacimientos en las partes sólidas de la Tierra tienen valores diferentes de las relaciones iniciales de 143Nd/144Nd, especialmente en lo que respecta al manto.[32]

La utilidad de la técnica de fechado Sm-Nd se basa en que estos dos elementos son tierras raras. Por lo tanto, teóricamente no son susceptibles a separarse durante la fusión de rocas de silicatos. Los efectos de cristalización fraccionada de los minerales félsicos cambian la relación Sm/Nd de los materiales resultantes. Ello a su vez influye sobre la relación de 143Nd/144Nd con al aumento del 143Nd.

Se supone que el manto terrestre tuvo una evolución condrítica y, por lo tanto, que se apartó de las relaciones iniciales de 143Nd/144Nd lo que puede proporcionar información sobre la edad en que una roca en particular o un yacimiento se separaron del manto en el pasado de la Tierra.

Se pueden alcanzar niveles de precisión de veinte millones de años en edades de dos mil quinientos millones de años.[33]​ En numerosos casos, la información obtenida mediante las técnicas de Sm-Nd y Rb-Sr se utilizan de manera complementaria.

Método de datación potasio-argón

La datación potasio-argón o 40K/40Ar es un método de datación radiométrica que surgió en la década de 1960 y que se utiliza en geología y arqueología para datar rocas o cenizas volcánicas, en general, las más antiguas.

Se basa en el principio de la desintegración radiactiva, e implica la captura de electrones o la descomposición de positrones del isótopo radiactivo potasio 40 (40K) —presente en las rocas volcánicas— que se desintegra a un ritmo conocido en el gas inerte argón 40 (40Ar), en un proceso que tiene una vida media de (1248 millones años)[34]​ tiempo durante el que el gas se va concentrando en los cristales de la roca. Aprovechando ese ritmo y vida media conocidos, el método se presta para datar muestras que van desde los 100 000 años hasta varios miles de millones años.[35]​ El límite para las muestras más jóvenes se ha establecido para controlar el error de medición por incorporaciones de argón desde la atmósfera.[36][37][38]​ El radiactivo 40K es común en micas, feldespatos y hornblendas, aunque la temperatura de cierre es bastante baja en esos materiales, aproximadamente de 350 °C (mica) a 500 °C (hornblenda).

Un perfeccionamiento notable de esta técnica se obtuvo en 1965 mediante la radiación de las muestras en un reactor nuclear para transformar el potasio estable 39K en el isótopo 39Ar. Este método se denominó 40Ar/39Ar, un procedimiento que —aunque bastante más caro— es diez veces más preciso, con una tasa de error cercana al 1%.[39]

Método de datación rubidio-estroncio

El método de datación mediante rubidio-estroncio es una técnica de datación radiométrica utilizado para determinar la edad de rocas y minerales a partir de las cantidades que contienen de los isótopos de rubidio (87Rb) y de estroncio (87Sr, 86Sr).

Este método se basa en la desintegración beta del 87Rb (uno de los dos isotopos del rubidio que se presentan de forma natural) que decae al 87Sr con un período de semidesintegración de 48 800 millones de años. Además, el rubidio es un elemento sumamente incompatible que, durante la cristalización fraccionada de la corteza terrestre, permanece en la mezcla magmática fundida en vez de formar parte de los minerales del manto. El «hijo» radiogénico 87Sr, producido en este proceso de decaimiento, también fue producido en los ciclos de nucleosíntesis estelar anteriores a la creación del sistema solar.

Diferentes minerales en un determinado entorno geológico pueden tener a lo largo del tiempo diferentes relaciones de estroncio 87 radiogénico con respecto al estroncio 86 que se encuentra en la naturaleza, de modo que se puede determinar su edad mediante la medición de 87Sr/86Sr con un espectrómetro de masa, a partir de conocer la cantidad de 87Sr que existía cuando se formó la roca o el mineral, y calculando la cantidad de 87Rb a partir de medir el contenido de rubidio y la relación de masa de 85Rb/87Rb.

Si estos minerales cristalizaron a partir de la misma masa fundida de silicatos, cada mineral tuvo la misma relación inicial 87Sr/86Sr que su «padre» en la masa fundida. Sin embargo, como el rubidio es substituido por el potasio en los minerales y esos minerales poseen diferentes relaciones K/Ca, los minerales tendrán diferentes relaciones Rb/Sr.

Durante la cristalización fraccionada, el Sr tiende a concentrase en plagioclasa, dejando al rubidio en la fase líquida. Por lo tanto la relación Rb/Sr en el magma residual puede aumentar a lo largo del tiempo, dando lugar a rocas con relaciones de Rb/Sr más elevadas con diferenciación creciente. Relaciones altas (de 10 o más) ocurren en las pegmatitas. Generalmente, la relación Rb/Sr aumenta en el orden plagioclasa, hornblenda, feldespatos de potasio, biotita, moscovita. Por lo tanto, dado el tiempo suficiente para la producción significativa (crecimiento interno) de 87Sr radiogénico , medidos los valores 87Sr / 86Sr serán diferentes en los minerales, aumentando en el mismo orden.

Este esquema se usa para datar rocas ígneas y metamórficas antiguas, y también se ha usado para datar muestras lunares. Las temperaturas de cierre son tan altas que no son motivo de preocupación. La datación rubidio-estroncio no es tan precisa como la datación uranio-plomo, con errores de 30-50 millones de años para una muestra de 3000 millones de años.

El desarrollo de esta técnica fue producto de los trabajos de los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann, quienes luego descubrirían la fisión nuclear en diciembre de 1938.

Método de datación uranio-torio

 
Relaciones de actividad del uranio y del torio en el tiempo. Q'/P' = 234U/238U, R'/Q' = 230Th/234U.

La datación uranio-torio, también llamada datación torio 230, datación por desequilibrio de series de uranio o datación por series de uranio, es una técnica de datación radiométrica comúnmente utilizada para descubrir la edad de materiales formados por carbonato de calcio, tales como espeleotemas o corales.[40]​ A diferencia de otras técnicas de datación radiométricas de uso común que fechan la acumulación de un miembro final estable producto de la desintegración —como las de rubidio-estroncio o uranio-plomo—, la técnica del uranio-torio no lo hace y en su lugar, calcula una edad desde el grado en que el equilibrio secular ha sido restaurado entre el isótopo radiactivo 230Th y su «padre» 234U dentro de una muestra.

El torio no es soluble en las aguas naturales en las condiciones que se encuentran en, o cerca, de la superficie de la tierra, por lo que los materiales formados en, o desde, estas aguas no suelen contener torio ya que se precipita selectivamente en los sedimentos del fondo del océano, a partir de los cuales se miden sus proporciones. En contraste, el uranio es soluble en alguna medida en todas las aguas naturales, por lo que cualquier material que precipita o se forma a partir de tales aguas también contiene trazas de uranio, típicamente a niveles de entre unas pocas partes por mil millones y de unas pocas partes por millón, en peso. Conforme pasa el tiempo después de la formación del material, el 234U presente en la muestra, con una vida media de 245 000 años, decae a 230Th. El torio-230 es en sí radiactivo, con una vida media de 75 000 años, por lo que no se acumulan de forma indefinida (como por ejemplo es el caso del uranio-plomo del sistema), el 230Th en vez de ello se acerca al equilibrio secular con su padre radioactivo de 234U. En equilibrio secular, la cantidad de 230Th que se desintegra por año dentro de una muestra es igual a la cantidad de torio-230 producido, que también es igual a la cantidad de 234U que se desintegra por año en la misma muestra.

Las dataciones en base al uranio-torio tienen un límite de edad superior de algo más de 500 000 años, que se establece por la vida media del 230Th, por la precisión con la que se puede medir la relación 230Th/234U en una muestra y por la exactitud con la que se sabe la vida media del 230Th y del 234U. También hay que tener en cuenta que para calcular una edad con esta técnica la proporción de 234U y su isótopo «padre», el 238U, debe ser medida.

Una técnica de datación de un rango relativamente corto se basa en la descomposición del 234U en 230Th, una sustancia con una vida media de aproximadamente 80 000 años. Se acompaña de un proceso hermano, en el cual el 235Th se desintegra en protactinio 231, que tiene una vida media de 32 760 años y que también es insoluble en agua

Método de datación por radiocarbono

 
Las Piedras de Ale en Kåseberga, a unos diez kilómetros al sudeste de Ystad, Suecia fueron fechadas en 56 d. C. utilizando el método de carbono 14 del material orgánico encontrado en el sitio.[41]

La datación por radiocarbono es un método de datación radiométrica que utiliza el isótopo radioactivo carbono-14 (14C) para determinar la edad de materiales que contienen carbono hasta unos 50 000 años.[42]​ El 14C tiene una vida media de 5730 años,[43][44]​ (que es muy corta en comparación con otros isótopos usados en datación radiométrica) y se descompone en nitrógeno. [45]​ En otros métodos de datación, los pesados isótopos parentales ​​se produjeron por nucleosíntesis en supernovas, lo que significa que cualquier isótopo parental con una vida media corta ya debería estar extinto. El 14C, sin embargo, se crea continuamente a través de las colisiones de los neutrones generados por los rayos cósmicos con el nitrógeno en la atmósfera superior y, por lo tanto, permanece en un nivel casi constante en la Tierra. El 14C termina como un componente traza en el dióxido de carbono atmosférico (CO2).

Una forma de vida basada en el carbono incorpora carbono continuamente durante toda su vida. Las plantas lo adquieren mediante la fotosíntesis, y los animales, mediante el consumo de plantas y de otros animales. Cuando un organismo muere, deja de absorber nuevo 14C y el isótopo existente decae según su vida media característica. La proporción de 14C que queda cuando se examinan los restos del organismo proporciona una indicación del tiempo transcurrido desde su muerte. Esto hace que el 14C sea un método ideal para datar la edad de los huesos o los restos de un organismo. El límite de datación por 14C se encuentra entre 58 000 años y 62 000 años.[46]

La tasa de creación de 14C parece ser aproximadamente constante, ya que los controles cruzados de la datación por 14C con otros métodos de datación muestran que da resultados consistentes. Sin embargo, las erupciones locales de volcanes u otros eventos que emiten grandes cantidades de dióxido de carbono pueden reducir las concentraciones locales de 14C y dar fechas inexactas. Las emisiones de dióxido de carbono a la biosfera como consecuencia de la industrialización también han reducido la proporción de 14C en un pequeño porcentaje; y a la inversa, la cantidad de 14C se incrementó mediante las pruebas en superficie de bombas nucleares que se realizaron a principios de los años 1960. Además, un aumento del viento solar o del campo magnético de la Tierra por encima del valor actual deprimiría la cantidad de 14C creado en la atmósfera.

En arqueología es considerada una técnica de datación absoluta. En 1946, el químico estadounidense Willard Libby[47]​ dio a conocer los mecanismos de formación del isótopo 14C a través de reacciones nucleares en la atmósfera. Más tarde, en 1949, cuando ocupaba su cargo como profesor en la universidad de Chicago, desarrolló el método conocido como método de datación radiocarbónica. En 1960, Libby fue galardonado con el Premio Nobel de Química por su método de datación mediante 14C.

Método de datación por las trazas de fisión

 
Los cristales de apatita son ampliamente utilizados en la datación por las trazas de fisión

Este método implica la inspección de un corte pulido de un material para determinar la densidad de las marcas de "traza" (track) dejadas en él por la fisión espontánea de impurezas de uranio 238. El contenido de uranio de la muestra debe ser conocido, pero eso puede determinarse colocando una película de plástico sobre la rebanada pulida del material y bombardeando con neutrones lentos. Esto provoca una fisión inducida de 235U, en oposición a la fisión espontánea de 238U. Las trazas de fisión producidas por este proceso se registran en la película de plástico. El contenido de uranio del material se puede calcular a partir del número de trazas y del flujo de neutrones.

Este esquema tiene aplicación en una amplia gama de fechas geológicas. Para fechas de hasta unos pocos millones de años, se utilizan mejor las micas, las tectitas (fragmentos de vidrio de erupciones volcánicas) y los meteoritos. Los materiales más antiguos se pueden fechar utilizando circonio, apatita, titanita, epidota y granate que tienen una cantidad variable de contenido de uranio.[48]​ Debido a que las huellas de fisión se curan con temperaturas de más de 200 °C, la técnica tiene tanto limitaciones como beneficios. La técnica tiene aplicaciones potenciales para detallar la historia térmica de un yacimiento.

Método de datación del cloro 36

Entre 1952 y 1958, se produjeron grandes cantidades del, por lo demás raro, 36Cl (semivida ~ 300 ka) durante la detonación atmosférica de las armas nucleares. El tiempo de residencia del 36Cl en la atmósfera es de aproximadamente 1 semana. Por lo tanto, como un marcador de eventos de los años 1950 de agua en el suelo y de agua subterránea, el 36Cl también es útil para la datación de aguas de menos de 50 años antes del presente. El 36Cl ha sido usado en otras áreas de las ciencias geológicas, como la datación de hielos y sedimentos.

Métodos de datación por luminiscencia

Los métodos de datación por luminiscencia no son métodos de datación radiométrica porque no dependen de la abundancia de isótopos para calcular la edad. En cambio, son una consecuencia de la radiación de fondo en ciertos minerales. Con el tiempo, la radiación ionizante es absorbida por los granos minerales en sedimentos y materiales arqueológicos como el cuarzo y el feldespato de potasio. La radiación hace que la carga permanezca dentro de los granos en «trampas de electrones» estructuralmente inestables. La exposición a la luz solar o al calor libera esas cargas, lo que «blanquea» la muestra y restablece el reloj a cero. La carga atrapada se acumula con el tiempo hasta una tasa determinada por la cantidad de radiación de fondo en el lugar donde se enterró la muestra. La estimulación de estos granos minerales mediante la luz (luminiscencia estimulada ópticamente o datación de luminiscencia estimulada con infrarrojos) o el calor (datación por termoluminiscencia) hace que se emita una señal de luminiscencia a medida que se libera la energía electrónica inestable almacenada, cuya intensidad varía dependiendo de la cantidad de radiación absorbida durante el entierro y de las propiedades específicas del mineral.

Estos métodos se pueden usar para fechar la edad de una capa de sedimento, ya que las capas depositadas en la parte superior evitarían que los granos se "blanqueasen" y se restableciesen con la luz solar. Los fragmentos de cerámica se pueden fechar hasta la última vez que experimentaron un calor significativo, generalmente cuando fueron horneados en un kiln.

Métodos de datación por termoluminiscencia

 
Vaso campaniforme de Ciempozuelos. Sobre materiales que se han calentado, como la cerámica, se puede aplicar la datación por termoluminiscencia.

La datación por termoluminiscencia es un método de datación absoluta empleado en arqueología para determinar la edad de elementos que hayan sido sometidos a calentamiento, como hogares o cerámicas.[49]​ También puede utilizarse para datar sedimentos eólicos, fluviales, marinos, costeros, rocas volcánicas y carbonato cálcico precipitado en cuevas.[nota 1][50][51]​ Se basa en las alteraciones que provocan las radiaciones ionizantes (radiación cósmica y radiactividad del entorno) en las estructuras cristalinas de los minerales, aumentando la termoluminiscencia de estos con el tiempo de exposición a la radiación.[52]​ Existen varias formas de realizar este tipo de datación, destacan: técnica de «pre-dosis», de «grano fino» y de las «inclusiones».[53]

Para poder emplear este ensayo es necesario que el elemento que va a ser datado (cerámica, piedra de horno...) contenga minerales termoluminiscentes (normalmente cuarzo) y que se haya visto sometido a una temperatura superior a 500 °C.[54][nota 2]​ En el caso de los sedimentos, estos han debido estar expuestos durante cierto tiempo a la luz del sol.[56]​ Las muestras analizadas deben tener una antigüedad de entre 1.000 y 500 000 años.[57]

Otros métodos

Otros métodos son los siguientes:

  • datación argón-argón (Ar–Ar)
  • datación yodo-xenón (I–Xe)
  • datación llantano-bario (La–Ba)
  • datación plomo-plomo (Pb–Pb)
  • datación lutecio-hafnio (Lu–Hf)
  • datación potasio-calcio (K–Ca)
  • datación renio-osmio (Re – Os) (Re–Os)
  • datación uranio-plomo – helio (U–Pb–He)
  • datación uranio-uranio (U–U)
  • datación criptón-criptón] (Kr–Kr)
  • berilio (10Be–9Be)[58]

Datación con productos de decaimiento de radionucleidos extintos de corta duración

La datación radiométrica absoluta requiere que una fracción mensurable del núcleo «padre» permanezca en la roca de muestra. Para las rocas que se remontan al principio del sistema solar, ello requiere isótopos «padre» de vida extremadamente larga, lo que hace que la medición de las edades exactas de tales rocas sea imprecisa. Para poder distinguir las edades relativas de las rocas de ese material antiguo y obtener una mejor resolución temporal que la disponible en los isótopos de larga vida, se pueden usar isótopos de corta duración que ya no estén presentes en la roca, conocidos como radionucleidos extintos.[59]

Al comienzo del sistema solar, había varios radionucleidos de vida relativamente corta como 26Al, 60Fe, 53Mn y 129I presentes en la nebulosa solar. Esos radionucleidos, posiblemente producidos por la explosión de una supernova, se han extinguido hoy en día, pero sus productos de desintegración pueden detectarse en material muy antiguo, como el que constituye los meteoritos. Al medir los productos de descomposición de los radionucleidos extintos con un espectrómetro de masas y utilizar isocronplots, es posible determinar las edades relativas de diferentes eventos en la historia temprana del sistema solar. Los métodos de datación basados ​​en radionucleidos extintos también se pueden calibrar con el método U-Pb para obtener edades absolutas. Por lo tanto, se puede obtener tanto la edad aproximada como una resolución de tiempo alta. En general, una vida media más corta conduce a una resolución de tiempo mayor a expensas de la escala de tiempo.

El cronómetro 129
I
129
Xe

El 129
I
decae a 129
Xe
con una vida media de 16 millones de años. El cronómetro de yodo-xenón[60]​ es una técnica isócrona. Las muestras se exponen a una radiación de neutrones en un reactor nuclear. Esto convierte al único isótopo estable de yodo (129
I
) en 128
Xe
a través de la captura de neutrones seguido de una desintegración beta (del 128
I
). Después de la irradiación, las muestras se calientan en una serie de pasos y se analiza la firma isotópica del xenón en el gas evolucionado en cada paso. Cuando se observa una relación constante de 129
Xe
/ 128
Xe
en varios pasos de temperatura consecutivos, se puede interpretar como correspondiente a un momento en el que la muestra dejó de perder el xenón.

Las muestras de un meteorito llamado Shallowater generalmente se incluyen en la irradiación para monitorear la eficiencia de conversión de 127
I
a 128
Xe
. La diferencia entre las relaciones medidas de 129
Xe
/ 128
Xe
de la muestra y del Shallowater corresponde a las diferentes relaciones de 129
I
/127
I
cuando cada una de ellas dejó de perder el xenón. Esto, a su vez, corresponde a una diferencia en la edad de cierre en el sistema solar temprano.

El cronómetro 26Al – 26Mg

Otro ejemplo de la datación de radionucleidos extintos de corta duración es el cronómetro de 26Al – 26Mg, que se puede usar para estimar las edades relativas de los cóndrulos. El 26Al se desintegra en 26Mg con una vida media de 720 000 años. La datación es simplemente una cuestión de encontrar la desviación de la abundancia natural del 26Mg (el producto de la desintegración del 26Al) en comparación con la relación de los isótopos estables 27Al/24Mg.

El exceso de 26Mg (a menudo designado 26Mg*) se encuentra comparando la relación de 26Mg/27Mg con la de otros materiales del sistema solar.[61]

El cronómetro de 26Al – 26Mg da una estimación del período de tiempo para la formación de meteoritos primitivos de solo unos pocos millones de años (1,4 millones de años para la formación del condrulo).[62]

Véase también

Notas

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Referencias

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  •   Datos: Q214753
  •   Multimedia: Radiometric dating


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datación, radiométrica, datación, radiométrica, datación, radioactiva, datación, radioisótopos, técnica, utilizada, para, datar, materiales, como, rocas, minerales, restos, orgánicos, carbono, incorporaron, manera, selectiva, impurezas, radiactivas, cuando, fo. La datacion radiometrica datacion radioactiva o datacion por radioisotopos es una tecnica utilizada para datar materiales como rocas minerales y restos organicos carbono en los que se incorporaron de manera selectiva impurezas radiactivas cuando se formaron El metodo se basa en la comparacion de la abundancia de un radionucleido de ocurrencia natural dentro del material con la abundancia de sus productos de descomposicion que se forman a unatasa constante de desintegracion conocida 1 El uso de la datacion radiometrica fue publicado por primera vez en 1907 por el radioquimico estadounidense Bertram Boltwood 1870 1927 2 a partir de una idea ya avanzado por el britanico Ernest Rutherford en 1905 y ahora es la principal fuente de informacion sobre la edad absoluta de las rocas y otras caracteristicas geologicas incluida la edad de las formas de vida fosilizadas o la propia edad de la Tierra y tambien se puede utilizar para datar una amplia gama de materiales naturales y artefactos antiguos 3 Al permitir el establecimiento de escalas de tiempo geologicas proporciona una importante fuente de informacion sobre las edades de los fosiles y las tasas deducidas de cambio evolutivo Junto con los principios estratigraficos los metodos de datacion radiometrica se utilizan en geocronologia para establecer la escala temporal geologica 4 Entre las tecnicas mas conocidas estan la datacion potasio argon la datacion uranio plomo y la datacion por radiocarbono basada en la desintegracion del isotopo carbono 14 comunmente utilizada para la datacion de restos organicos relativamente recientes de hasta 60 000 anos 5 Otros dataciones posibles son K Ar U Pb Rb Sr Sm Nd etc 6 Los diferentes metodos de datacion radiometrica varian segun sea la escala de tiempo en la que son precisos y de los materiales a los que se pueden aplicar Indice 1 Fundamentos 1 1 Desintegracion radioactiva 1 2 Precision de la datacion radiometrica 1 3 Temperatura de cierre 1 4 Ecuacion de datacion 2 Metodos modernos de datacion 2 1 Metodo de datacion uranio plomo 2 2 Metodo de datacion samario neodimio 2 3 Metodo de datacion potasio argon 2 4 Metodo de datacion rubidio estroncio 2 5 Metodo de datacion uranio torio 2 6 Metodo de datacion por radiocarbono 2 7 Metodo de datacion por las trazas de fision 2 8 Metodo de datacion del cloro 36 2 9 Metodos de datacion por luminiscencia 2 10 Metodos de datacion por termoluminiscencia 2 11 Otros metodos 3 Datacion con productos de decaimiento de radionucleidos extintos de corta duracion 3 1 El cronometro 129 I 129 Xe 3 2 El cronometro 26Al 26Mg 4 Vease tambien 5 Notas 6 Referencias 7 BibliografiaFundamentos EditarDesintegracion radioactiva Editar Ejemplo de una cadena de desintegracion radiactiva de plomo 212 212Pb a plomo 208 208Pb Cada nucleido padre se desintegra espontaneamente en un nucleido hijo el producto de desintegracion a traves de una desintegracion a o de una desintegracion b El producto final de desintegracion plomo 208 208Pb es estable y ya no puede sufrir desintegracion radiactiva espontanea Toda la materia ordinaria se compone de combinaciones de elementos quimicos cada uno con su propio numero atomico que indica el numero de protones en el nucleo atomico Ademas los elementos pueden existir en diferentes isotopos con cada isotopo de un elemento difiriendo en el numero de neutrones en el nucleo Un isotopo particular de un elemento particular se llama nucleido Algunos nucleidos son inherentemente inestables Es decir en algun momento en el tiempo un atomo de tal nucleido sufrira un decaimiento radioactivo y se transformara espontaneamente en un nucleido diferente Esta transformacion se puede lograr de varias maneras diferentes incluida la desintegracion alfa emision de particulas alfa y la desintegracion beta emision de electrones emision de positrones o captura de electrones Otra posibilidad es la fision espontanea en dos o mas nucleidos Si bien el momento en el que un nucleo particular se desintegra es impredecible una coleccion de atomos de un nucleido radiactivo decae exponencialmente a una tasa descrita por un parametro conocido como vida media generalmente dada en unidades de anos cuando se estudian las tecnicas de datacion Despues de que haya transcurrido una vida media la mitad de los atomos del nucleido en cuestion se habran desintegrado en un nucleido hijo o producto de desintegracion En muchos casos el nucleido hijo en si mismo es radioactivo lo que resulta en una nueva cadena de desintegracion que finalmente termina con la formacion de un nucleido hijo estable no radioactivo cada paso en tal cadena se caracteriza por una vida media distinta En estos casos generalmente la vida media de interes en la datacion radiometrica es la mas larga de la cadena que es el factor limitante de la velocidad en la transformacion final del nucleido radioactivo en su hijo estable Los sistemas isotopicos que han sido explotados para la datacion radiometrica tienen vidas medias que van desde solo unos 10 anos por ejemplo tritio hasta los mas de 100 mil millones de anos por ejemplo el samario 147 7 Para la mayoria de los nucleidos radiactivos la vida media depende unicamente de las propiedades nucleares y es esencialmente una constante No se ve afectado por factores externos como la temperatura la presion el entorno quimico o la presencia de un campo magnetico o electrico 8 9 10 Las unicas excepciones son los nucleidos que se descomponen por el proceso de captura de electrones como el berilio 7 el estroncio 85 y el circonio 89 cuya tasa de decaimiento puede verse afectada por la densidad electronica local Para todos los demas nucleidos la proporcion del nucleido original en relacion a sus productos de desintegracion cambia de manera predecible a medida que el nucleido original decae con el tiempo Esta previsibilidad permite que las abundancias relativas de los nucleidos relacionados se utilicen como un reloj para medir el tiempo desde la incorporacion de los nucleidos originales en un material hasta el presente Precision de la datacion radiometrica Editar Espectrometro de masas de ionizacion termica utilizado en la datacion radiometrica La ecuacion basica de la datacion radiometrica requiere que ni el nucleido padre ni el producto hijo puedan entrar o salir del material despues de su formacion Los posibles efectos de confusion de la contaminacion de los isotopos padre e hijo deben considerarse al igual que los efectos de cualquier perdida o ganancia de dichos isotopos desde que se creo la muestra Por lo tanto es esencial contar con la mayor cantidad de informacion posible sobre el material que se esta datando y verificar posibles signos de alteracion 11 La precision se mejora si las mediciones se toman en multiples muestras de diferentes ubicaciones del cuerpo de roca Alternativamente si se pueden datar varios minerales diferentes de la misma muestra y se supone que fueron formados por el mismo evento y que estaban en equilibrio con el yacimiento cuando se formaron deberian formar una isocrona Esto puede reducir el problema de la contaminacion En la datacion uranio plomo se utiliza el diagrama de concordia que tambien disminuye el problema de la perdida de nucleidos Finalmente la correlacion entre los diferentes metodos de datacion isotopica puede ser necesaria para confirmar la edad de una muestra Por ejemplo se determino que la edad de los gneises de Amitsoq en el oeste de Groenlandia era de 3 6 0 05 millones de anos Ma utilizando la datacion plomo uranio y de 3 56 0 10 Ma utilizando la datacion de plomo plomo resultados que coinciden entre si 12 142 143Una datacion radiometrica precisa generalmente requiere que el padre tenga una vida media lo suficientemente larga como para que este presente en cantidades significativas en el momento de la medicion excepto como se describe a continuacion en la Datacion con radionucleidos extintos de vida corta que la vida media del padre se conozca con precision y que se produzca suficiente cantidad del producto hijo para medirlo y distinguirlo de la cantidad inicial del hijo presente en el material Los procedimientos utilizados para aislar y analizar los nucleidos padre e hijo deben ser precisos y seguros Esto normalmente implica el uso de espectrometria de masas de relacion isotopica 13 La precision de un metodo de datacion depende en parte de la vida media del isotopo radioactivo involucrado Por ejemplo el carbono 14 tiene una vida media de 5730 anos Despues de que un organismo haya estado muerto desde hace 60 000 anos queda tan poco carbono 14 que no se puede establecer una datacion precisa Por otro lado la concentracion de carbono 14 cae tan abruptamente que la edad de los restos relativamente jovenes se puede determinar con una precision de unas pocas decadas 14 Temperatura de cierre Editar Articulo principal Temperatura de cierre Si un material que rechaza selectivamente el nucleido hijo se calienta cualquier nucleido hijo que se haya acumulado a lo largo del tiempo se perdera por difusion lo que pondra a cero el reloj isotopico La temperatura a la que sucede esto se conoce como temperatura de cierre o temperatura de bloqueo y es especifica de cada material en particular y sistema isotopico Estas temperaturas se determinan experimentalmente en el laboratorio mediante el restablecimiento artificial de los minerales de muestra utilizando un horno de alta temperatura A medida que el mineral se enfria comienza a formarse la estructura cristalina y la difusion de los isotopos es menos facil A cierta temperatura la estructura cristalina se ha formado lo suficiente como para evitar la difusion de isotopos Esa temperatura es lo que se conoce como temperatura de cierre y representa la temperatura por debajo de la cual el mineral es un sistema cerrado para los isotopos Por lo tanto una roca o masa fundida ignea o metamorfica que se esta enfriando lentamente no comienza a mostrar una disminucion radiactiva mensurable hasta que se enfrie por debajo de la temperatura de cierre La edad que se puede calcular por datacion radiometrica es por lo tanto el momento en que la roca o el mineral se enfriaron hasta la temperatura de cierre 15 16 La datacion de diferentes minerales y o sistemas de isotopos con diferentes temperaturas de cierre dentro de la misma roca puede por lo tanto permitir el seguimiento de la historia termica de la roca en cuestion en el tiempo y por lo tanto la historia de los eventos metamorficos puede ser conocida en detalle Este campo se conoce como termocronologia o termocronometria Ecuacion de datacion Editar Trazado de la isocrona Sm Nd de muestras 17 del Great Dyke Zimbabue La edad se calcula a partir de la pendiente de la isocrona linea y la composicion original de la interseccion de la isocrona con el eje Y La expresion matematica que relaciona la desintegracion radioactiva con el tiempo geologico es 15 18 D D 0 N t e l t 1 displaystyle D D 0 N t e lambda t 1 o t 1 l ln 1 D D 0 displaystyle t frac 1 lambda ln left 1 frac D D 0 right siendo t displaystyle t la edad de la muestra D displaystyle D el numero de atomos del isotopo hijo en la muestra D 0 displaystyle D 0 el numero de atomos del isotopo hijo en la composicion original igual al n º de atomos padre que han decaido radioactivamente N t displaystyle N t el numero de atomos del isotopo padre en la muestra en el momento t el presente dado por N t Noe lt y l displaystyle lambda la constante de desintegracion radiactiva del isotopo padre igual a la inversa de la vida media duracion promedio de un isotopo radiactivo previa a su desintegracion del isotopo padre 19 multiplicado por el logaritmo neperiano o natural ln displaystyle ln de 2 La vida media es igual a la inversa de la constante de desintegracion radiactiva t 1 l displaystyle tau 1 lambda Al tiempo que transcurre hasta que la cantidad de nucleidos se reduce a la mitad de la cantidad inicial se le denomina periodo de semidesintegracion periodo semiperiodo o semivida no confundir con la vida media T 1 2 l n 2 l displaystyle T 1 2 ln 2 lambda Al final de cada periodo de semidesintegracion la radiactividad se reduce a la mitad de la inicial A cada radioisotopo le corresponde un periodo de semidesintegracion caracteristico en general diferente de los respectivos de otros isotopos Principales datacionesIsotopo Periodo EmisionRadon 222 3 82 dias AlfaCobalto 60 5271 anos GammaCarbono 14 5730 anos BetaUranio 238 4510 millones de anos 20 Alfa La ecuacion se expresa mejor en terminos de la cantidad medida N t displaystyle N t en lugar del valor inicial constante N 0 displaystyle N 0 La ecuacion anterior hace uso de la informacion sobre la composicion de los isotopos padre e hijo en el momento en que el material que se esta probando se enfrio por debajo de su temperatura de cierre Esto esta bien establecido para la mayoria de los sistemas isotopicos 16 21 Sin embargo la construccion de una isocrona no requiere informacion sobre las composiciones originales utilizando simplemente las relaciones actuales de los isotopos padre e hijo de un isotopo estandar El trazado de una isocrona se utiliza para resolver graficamente la ecuacion de edad y calcular la edad de la muestra y la composicion original Esta ecuacion es valida siempre que el modo de decaimiento del isotopo padre sea unico y que el isotopo hijo sea estable Para otros casos se pueden obtener ecuaciones mas complejas en las que se tienen en cuenta multiples decaimientos posibles Metodos modernos de datacion EditarLa datacion radiometrica se conoce desde 1905 cuando fue ideada por Ernest Rutherford como un metodo por el cual se podria determinar la edad de la Tierra En el siglo transcurrido desde entonces las tecnicas se han mejorado y ampliado enormemente 19 La datacion se puede realizar ahora en muestras muy pequenas del orden de un nanogramo usando un espectrometro de masas El espectrometro de masas se invento en la decada de 1940 y comenzo a usarse en la datacion radiometrica en la decada de 1950 Opera generando un haz de atomos ionizados a partir de la muestra a prueba Luego los iones viajan a traves de un campo magnetico que los desvia hacia diferentes sensores de muestreo conocidos como copas de Faraday segun sean su masa y nivel de ionizacion Al impactar en las copas los iones establecen una corriente muy debil que puede medirse para determinar la tasa de impactos y las concentraciones relativas de los diferentes atomos en los haces Metodo de datacion uranio plomo Editar Esta seccion es un extracto de Datacion uranio plomo editar Un diagrama de concordia como el utilizado en la datacion uranio plomo con datos de Pfunze Belt Zimbabue 22 Todas las muestras muestran perdida de isotopos de plomo pero la interseccion del errorchron linea recta a traves de los puntos de muestra y la concordia curva muestra la edad correcta de la roca 23 La datacion uranio plomo U Pb es uno de los sistemas mas antiguos 24 y refinados de datacion radiometrica Se puede usar para datar rocas que se formaron y cristalizaron 25 desde hace 1 millon de anos hasta 4500 millones de anos con precisiones dentro del rango de porcentaje de 0 1 1 26 menos de dos millones de anos en 2500 millones de anos 27 28 Se ha logrado un margen de error de 2 5 en las rocas mesozoicas mas jovenes 29 El metodo de datacion uranio plomo se basa en dos cadenas de desintegracion la serie de uranio de 238U a 206Pb con un tiempo de vida media de 4470 millones de anos y la serie del actinio de 235U a 207Pb con un tiempo de vida media de 704 millones de anos Esa es una de sus grandes ventajas que cualquier muestra proporciona dos relojes lo que proporciona una verificacion cruzada incorporada que permite determinar con precision la edad de la muestra incluso si se ha perdido parte del plomo Esto se puede ver en el diagrama de concordia donde las muestras se trazan a lo largo de un crona de error errorchron linea recta que cruza la curva de concordia en la edad de la muestra La datacion U Pb a menudo se realiza en el zircon mineral ZrSiO4 aunque se puede usar en otros materiales como baddeleyita asi como monazita ver geocronologia monazita 30 El circonio y la baddeleyita incorporan atomos de uranio en su estructura cristalina como sustitutos del zirconio pero rechazan el plomo El circonio tiene una temperatura de cierre muy alta es resistente a la intemperie mecanica y es muy inerte quimicamente El circonio tambien forma multiples capas de cristal durante los eventos metamorficos cada uno de los cuales puede registrar una edad isotopica del evento El analisis de microhaz in situ se puede lograr mediante tecnicas de laser ICP MS o SIMS 31 Metodo de datacion samario neodimio Editar Esta seccion es un extracto de Datacion samario neodimio editar La datacion samario neodimio o fechado mediante samario neodimio es una tecnica de datacion radiometrica util para determinar las edades de rocas y meteoritos La tecnica se basa en el decaimiento del isotopo samario Sm que implica una desintegracion alfa del 147Sm a 143Nd con una vida media de 106 miles de millones de anos El contenido del isotopo Nd es utilizado para brindar informacion sobre la fuente de material igneo como tambien sobre su antiguedad Los diversos yacimientos en las partes solidas de la Tierra tienen valores diferentes de las relaciones iniciales de 143Nd 144Nd especialmente en lo que respecta al manto 32 La utilidad de la tecnica de fechado Sm Nd se basa en que estos dos elementos son tierras raras Por lo tanto teoricamente no son susceptibles a separarse durante la fusion de rocas de silicatos Los efectos de cristalizacion fraccionada de los minerales felsicos cambian la relacion Sm Nd de los materiales resultantes Ello a su vez influye sobre la relacion de 143Nd 144Nd con al aumento del 143Nd Se supone que el manto terrestre tuvo una evolucion condritica y por lo tanto que se aparto de las relaciones iniciales de 143Nd 144Nd lo que puede proporcionar informacion sobre la edad en que una roca en particular o un yacimiento se separaron del manto en el pasado de la Tierra Se pueden alcanzar niveles de precision de veinte millones de anos en edades de dos mil quinientos millones de anos 33 En numerosos casos la informacion obtenida mediante las tecnicas de Sm Nd y Rb Sr se utilizan de manera complementaria Metodo de datacion potasio argon Editar Esta seccion es un extracto de Datacion potasio argon editar La datacion potasio argon o 40K 40Ar es un metodo de datacion radiometrica que surgio en la decada de 1960 y que se utiliza en geologia y arqueologia para datar rocas o cenizas volcanicas en general las mas antiguas Se basa en el principio de la desintegracion radiactiva e implica la captura de electrones o la descomposicion de positrones del isotopo radiactivo potasio 40 40K presente en las rocas volcanicas que se desintegra a un ritmo conocido en el gas inerte argon 40 40Ar en un proceso que tiene una vida media de 1248 millones anos 34 tiempo durante el que el gas se va concentrando en los cristales de la roca Aprovechando ese ritmo y vida media conocidos el metodo se presta para datar muestras que van desde los 100 000 anos hasta varios miles de millones anos 35 El limite para las muestras mas jovenes se ha establecido para controlar el error de medicion por incorporaciones de argon desde la atmosfera 36 37 38 El radiactivo 40K es comun en micas feldespatos y hornblendas aunque la temperatura de cierre es bastante baja en esos materiales aproximadamente de 350 C mica a 500 C hornblenda Un perfeccionamiento notable de esta tecnica se obtuvo en 1965 mediante la radiacion de las muestras en un reactor nuclear para transformar el potasio estable 39K en el isotopo 39Ar Este metodo se denomino 40Ar 39Ar un procedimiento que aunque bastante mas caro es diez veces mas preciso con una tasa de error cercana al 1 39 Metodo de datacion rubidio estroncio Editar Esta seccion es un extracto de Datacion rubidio estroncio editar El metodo de datacion mediante rubidio estroncio es una tecnica de datacion radiometrica utilizado para determinar la edad de rocas y minerales a partir de las cantidades que contienen de los isotopos de rubidio 87Rb y de estroncio 87Sr 86Sr Este metodo se basa en la desintegracion beta del 87Rb uno de los dos isotopos del rubidio que se presentan de forma natural que decae al 87Sr con un periodo de semidesintegracion de 48 800 millones de anos Ademas el rubidio es un elemento sumamente incompatible que durante la cristalizacion fraccionada de la corteza terrestre permanece en la mezcla magmatica fundida en vez de formar parte de los minerales del manto El hijo radiogenico 87Sr producido en este proceso de decaimiento tambien fue producido en los ciclos de nucleosintesis estelar anteriores a la creacion del sistema solar Diferentes minerales en un determinado entorno geologico pueden tener a lo largo del tiempo diferentes relaciones de estroncio 87 radiogenico con respecto al estroncio 86 que se encuentra en la naturaleza de modo que se puede determinar su edad mediante la medicion de 87Sr 86Sr con un espectrometro de masa a partir de conocer la cantidad de 87Sr que existia cuando se formo la roca o el mineral y calculando la cantidad de 87Rb a partir de medir el contenido de rubidio y la relacion de masa de 85Rb 87Rb Si estos minerales cristalizaron a partir de la misma masa fundida de silicatos cada mineral tuvo la misma relacion inicial 87Sr 86Sr que su padre en la masa fundida Sin embargo como el rubidio es substituido por el potasio en los minerales y esos minerales poseen diferentes relaciones K Ca los minerales tendran diferentes relaciones Rb Sr Durante la cristalizacion fraccionada el Sr tiende a concentrase en plagioclasa dejando al rubidio en la fase liquida Por lo tanto la relacion Rb Sr en el magma residual puede aumentar a lo largo del tiempo dando lugar a rocas con relaciones de Rb Sr mas elevadas con diferenciacion creciente Relaciones altas de 10 o mas ocurren en las pegmatitas Generalmente la relacion Rb Sr aumenta en el orden plagioclasa hornblenda feldespatos de potasio biotita moscovita Por lo tanto dado el tiempo suficiente para la produccion significativa crecimiento interno de 87Sr radiogenico medidos los valores 87Sr 86Sr seran diferentes en los minerales aumentando en el mismo orden Este esquema se usa para datar rocas igneas y metamorficas antiguas y tambien se ha usado para datar muestras lunares Las temperaturas de cierre son tan altas que no son motivo de preocupacion La datacion rubidio estroncio no es tan precisa como la datacion uranio plomo con errores de 30 50 millones de anos para una muestra de 3000 millones de anos El desarrollo de esta tecnica fue producto de los trabajos de los quimicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann quienes luego descubririan la fision nuclear en diciembre de 1938 Metodo de datacion uranio torio Editar Esta seccion es un extracto de Datacion uranio torio editar Relaciones de actividad del uranio y del torio en el tiempo Q P 234U 238U R Q 230Th 234U La datacion uranio torio tambien llamada datacion torio 230 datacion por desequilibrio de series de uranio o datacion por series de uranio es una tecnica de datacion radiometrica comunmente utilizada para descubrir la edad de materiales formados por carbonato de calcio tales como espeleotemas o corales 40 A diferencia de otras tecnicas de datacion radiometricas de uso comun que fechan la acumulacion de un miembro final estable producto de la desintegracion como las de rubidio estroncio o uranio plomo la tecnica del uranio torio no lo hace y en su lugar calcula una edad desde el grado en que el equilibrio secular ha sido restaurado entre el isotopo radiactivo 230Th y su padre 234U dentro de una muestra El torio no es soluble en las aguas naturales en las condiciones que se encuentran en o cerca de la superficie de la tierra por lo que los materiales formados en o desde estas aguas no suelen contener torio ya que se precipita selectivamente en los sedimentos del fondo del oceano a partir de los cuales se miden sus proporciones En contraste el uranio es soluble en alguna medida en todas las aguas naturales por lo que cualquier material que precipita o se forma a partir de tales aguas tambien contiene trazas de uranio tipicamente a niveles de entre unas pocas partes por mil millones y de unas pocas partes por millon en peso Conforme pasa el tiempo despues de la formacion del material el 234U presente en la muestra con una vida media de 245 000 anos decae a 230Th El torio 230 es en si radiactivo con una vida media de 75 000 anos por lo que no se acumulan de forma indefinida como por ejemplo es el caso del uranio plomo del sistema el 230Th en vez de ello se acerca al equilibrio secular con su padre radioactivo de 234U En equilibrio secular la cantidad de 230Th que se desintegra por ano dentro de una muestra es igual a la cantidad de torio 230 producido que tambien es igual a la cantidad de 234U que se desintegra por ano en la misma muestra Las dataciones en base al uranio torio tienen un limite de edad superior de algo mas de 500 000 anos que se establece por la vida media del 230Th por la precision con la que se puede medir la relacion 230Th 234U en una muestra y por la exactitud con la que se sabe la vida media del 230Th y del 234U Tambien hay que tener en cuenta que para calcular una edad con esta tecnica la proporcion de 234U y su isotopo padre el 238U debe ser medida Una tecnica de datacion de un rango relativamente corto se basa en la descomposicion del 234U en 230Th una sustancia con una vida media de aproximadamente 80 000 anos Se acompana de un proceso hermano en el cual el 235Th se desintegra en protactinio 231 que tiene una vida media de 32 760 anos y que tambien es insoluble en agua Metodo de datacion por radiocarbono Editar Esta seccion es un extracto de Datacion por radiocarbono editar Las Piedras de Ale en Kaseberga a unos diez kilometros al sudeste de Ystad Suecia fueron fechadas en 56 d C utilizando el metodo de carbono 14 del material organico encontrado en el sitio 41 La datacion por radiocarbono es un metodo de datacion radiometrica que utiliza el isotopo radioactivo carbono 14 14C para determinar la edad de materiales que contienen carbono hasta unos 50 000 anos 42 El 14C tiene una vida media de 5730 anos 43 44 que es muy corta en comparacion con otros isotopos usados en datacion radiometrica y se descompone en nitrogeno 45 En otros metodos de datacion los pesados isotopos parentales se produjeron por nucleosintesis en supernovas lo que significa que cualquier isotopo parental con una vida media corta ya deberia estar extinto El 14C sin embargo se crea continuamente a traves de las colisiones de los neutrones generados por los rayos cosmicos con el nitrogeno en la atmosfera superior y por lo tanto permanece en un nivel casi constante en la Tierra El 14C termina como un componente traza en el dioxido de carbono atmosferico CO2 Una forma de vida basada en el carbono incorpora carbono continuamente durante toda su vida Las plantas lo adquieren mediante la fotosintesis y los animales mediante el consumo de plantas y de otros animales Cuando un organismo muere deja de absorber nuevo 14C y el isotopo existente decae segun su vida media caracteristica La proporcion de 14C que queda cuando se examinan los restos del organismo proporciona una indicacion del tiempo transcurrido desde su muerte Esto hace que el 14C sea un metodo ideal para datar la edad de los huesos o los restos de un organismo El limite de datacion por 14C se encuentra entre 58 000 anos y 62 000 anos 46 La tasa de creacion de 14C parece ser aproximadamente constante ya que los controles cruzados de la datacion por 14C con otros metodos de datacion muestran que da resultados consistentes Sin embargo las erupciones locales de volcanes u otros eventos que emiten grandes cantidades de dioxido de carbono pueden reducir las concentraciones locales de 14C y dar fechas inexactas Las emisiones de dioxido de carbono a la biosfera como consecuencia de la industrializacion tambien han reducido la proporcion de 14C en un pequeno porcentaje y a la inversa la cantidad de 14C se incremento mediante las pruebas en superficie de bombas nucleares que se realizaron a principios de los anos 1960 Ademas un aumento del viento solar o del campo magnetico de la Tierra por encima del valor actual deprimiria la cantidad de 14C creado en la atmosfera En arqueologia es considerada una tecnica de datacion absoluta En 1946 el quimico estadounidense Willard Libby 47 dio a conocer los mecanismos de formacion del isotopo 14C a traves de reacciones nucleares en la atmosfera Mas tarde en 1949 cuando ocupaba su cargo como profesor en la universidad de Chicago desarrollo el metodo conocido como metodo de datacion radiocarbonica En 1960 Libby fue galardonado con el Premio Nobel de Quimica por su metodo de datacion mediante 14C Metodo de datacion por las trazas de fision Editar Articulo principal Datacion por las trazas de fision Los cristales de apatita son ampliamente utilizados en la datacion por las trazas de fision Este metodo implica la inspeccion de un corte pulido de un material para determinar la densidad de las marcas de traza track dejadas en el por la fision espontanea de impurezas de uranio 238 El contenido de uranio de la muestra debe ser conocido pero eso puede determinarse colocando una pelicula de plastico sobre la rebanada pulida del material y bombardeando con neutrones lentos Esto provoca una fision inducida de 235U en oposicion a la fision espontanea de 238U Las trazas de fision producidas por este proceso se registran en la pelicula de plastico El contenido de uranio del material se puede calcular a partir del numero de trazas y del flujo de neutrones Este esquema tiene aplicacion en una amplia gama de fechas geologicas Para fechas de hasta unos pocos millones de anos se utilizan mejor las micas las tectitas fragmentos de vidrio de erupciones volcanicas y los meteoritos Los materiales mas antiguos se pueden fechar utilizando circonio apatita titanita epidota y granate que tienen una cantidad variable de contenido de uranio 48 Debido a que las huellas de fision se curan con temperaturas de mas de 200 C la tecnica tiene tanto limitaciones como beneficios La tecnica tiene aplicaciones potenciales para detallar la historia termica de un yacimiento Metodo de datacion del cloro 36 Editar Entre 1952 y 1958 se produjeron grandes cantidades del por lo demas raro 36Cl semivida 300 ka durante la detonacion atmosferica de las armas nucleares El tiempo de residencia del 36Cl en la atmosfera es de aproximadamente 1 semana Por lo tanto como un marcador de eventos de los anos 1950 de agua en el suelo y de agua subterranea el 36Cl tambien es util para la datacion de aguas de menos de 50 anos antes del presente El 36Cl ha sido usado en otras areas de las ciencias geologicas como la datacion de hielos y sedimentos Metodos de datacion por luminiscencia Editar Articulo principal Datacion por luminiscencia Los metodos de datacion por luminiscencia no son metodos de datacion radiometrica porque no dependen de la abundancia de isotopos para calcular la edad En cambio son una consecuencia de la radiacion de fondo en ciertos minerales Con el tiempo la radiacion ionizante es absorbida por los granos minerales en sedimentos y materiales arqueologicos como el cuarzo y el feldespato de potasio La radiacion hace que la carga permanezca dentro de los granos en trampas de electrones estructuralmente inestables La exposicion a la luz solar o al calor libera esas cargas lo que blanquea la muestra y restablece el reloj a cero La carga atrapada se acumula con el tiempo hasta una tasa determinada por la cantidad de radiacion de fondo en el lugar donde se enterro la muestra La estimulacion de estos granos minerales mediante la luz luminiscencia estimulada opticamente o datacion de luminiscencia estimulada con infrarrojos o el calor datacion por termoluminiscencia hace que se emita una senal de luminiscencia a medida que se libera la energia electronica inestable almacenada cuya intensidad varia dependiendo de la cantidad de radiacion absorbida durante el entierro y de las propiedades especificas del mineral Estos metodos se pueden usar para fechar la edad de una capa de sedimento ya que las capas depositadas en la parte superior evitarian que los granos se blanqueasen y se restableciesen con la luz solar Los fragmentos de ceramica se pueden fechar hasta la ultima vez que experimentaron un calor significativo generalmente cuando fueron horneados en un kiln Metodos de datacion por termoluminiscencia Editar Esta seccion es un extracto de Datacion por termoluminiscencia editar Vaso campaniforme de Ciempozuelos Sobre materiales que se han calentado como la ceramica se puede aplicar la datacion por termoluminiscencia La datacion por termoluminiscencia es un metodo de datacion absoluta empleado en arqueologia para determinar la edad de elementos que hayan sido sometidos a calentamiento como hogares o ceramicas 49 Tambien puede utilizarse para datar sedimentos eolicos fluviales marinos costeros rocas volcanicas y carbonato calcico precipitado en cuevas nota 1 50 51 Se basa en las alteraciones que provocan las radiaciones ionizantes radiacion cosmica y radiactividad del entorno en las estructuras cristalinas de los minerales aumentando la termoluminiscencia de estos con el tiempo de exposicion a la radiacion 52 Existen varias formas de realizar este tipo de datacion destacan tecnica de pre dosis de grano fino y de las inclusiones 53 Para poder emplear este ensayo es necesario que el elemento que va a ser datado ceramica piedra de horno contenga minerales termoluminiscentes normalmente cuarzo y que se haya visto sometido a una temperatura superior a 500 C 54 nota 2 En el caso de los sedimentos estos han debido estar expuestos durante cierto tiempo a la luz del sol 56 Las muestras analizadas deben tener una antiguedad de entre 1 000 y 500 000 anos 57 Otros metodos Editar Otros metodos son los siguientes datacion argon argon Ar Ar datacion yodo xenon I Xe datacion llantano bario La Ba datacion plomo plomo Pb Pb datacion lutecio hafnio Lu Hf datacion potasio calcio K Ca datacion renio osmio Re Os Re Os datacion uranio plomo helio U Pb He datacion uranio uranio U U datacion cripton cripton Kr Kr berilio 10Be 9Be 58 Datacion con productos de decaimiento de radionucleidos extintos de corta duracion EditarArticulo principal Radionucleido extinto La datacion radiometrica absoluta requiere que una fraccion mensurable del nucleo padre permanezca en la roca de muestra Para las rocas que se remontan al principio del sistema solar ello requiere isotopos padre de vida extremadamente larga lo que hace que la medicion de las edades exactas de tales rocas sea imprecisa Para poder distinguir las edades relativas de las rocas de ese material antiguo y obtener una mejor resolucion temporal que la disponible en los isotopos de larga vida se pueden usar isotopos de corta duracion que ya no esten presentes en la roca conocidos como radionucleidos extintos 59 Al comienzo del sistema solar habia varios radionucleidos de vida relativamente corta como 26Al 60Fe 53Mn y 129I presentes en la nebulosa solar Esos radionucleidos posiblemente producidos por la explosion de una supernova se han extinguido hoy en dia pero sus productos de desintegracion pueden detectarse en material muy antiguo como el que constituye los meteoritos Al medir los productos de descomposicion de los radionucleidos extintos con un espectrometro de masas y utilizar isocronplots es posible determinar las edades relativas de diferentes eventos en la historia temprana del sistema solar Los metodos de datacion basados en radionucleidos extintos tambien se pueden calibrar con el metodo U Pb para obtener edades absolutas Por lo tanto se puede obtener tanto la edad aproximada como una resolucion de tiempo alta En general una vida media mas corta conduce a una resolucion de tiempo mayor a expensas de la escala de tiempo El cronometro 129 I 129 Xe Editar El 129 I decae a 129 Xe con una vida media de 16 millones de anos El cronometro de yodo xenon 60 es una tecnica isocrona Las muestras se exponen a una radiacion de neutrones en un reactor nuclear Esto convierte al unico isotopo estable de yodo 129 I en 128 Xe a traves de la captura de neutrones seguido de una desintegracion beta del 128 I Despues de la irradiacion las muestras se calientan en una serie de pasos y se analiza la firma isotopica del xenon en el gas evolucionado en cada paso Cuando se observa una relacion constante de 129 Xe 128 Xe en varios pasos de temperatura consecutivos se puede interpretar como correspondiente a un momento en el que la muestra dejo de perder el xenon Las muestras de un meteorito llamado Shallowater generalmente se incluyen en la irradiacion para monitorear la eficiencia de conversion de 127 I a 128 Xe La diferencia entre las relaciones medidas de 129 Xe 128 Xe de la muestra y del Shallowater corresponde a las diferentes relaciones de 129 I 127 I cuando cada una de ellas dejo de perder el xenon Esto a su vez corresponde a una diferencia en la edad de cierre en el sistema solar temprano El cronometro 26Al 26Mg Editar Otro ejemplo de la datacion de radionucleidos extintos de corta duracion es el cronometro de 26Al 26Mg que se puede usar para estimar las edades relativas de los condrulos El 26Al se desintegra en 26Mg con una vida media de 720 000 anos La datacion es simplemente una cuestion de encontrar la desviacion de la abundancia natural del 26Mg el producto de la desintegracion del 26Al en comparacion con la relacion de los isotopos estables 27Al 24Mg El exceso de 26Mg a menudo designado 26Mg se encuentra comparando la relacion de 26Mg 27Mg con la de otros materiales del sistema solar 61 El cronometro de 26Al 26Mg da una estimacion del periodo de tiempo para la formacion de meteoritos primitivos de solo unos pocos millones de anos 1 4 millones de anos para la formacion del condrulo 62 Vease tambien EditarMetodos de datacion en arqueologia Edad de la Tierra Historia de la geologia Circonio hadeano Geoquimica de isotopos Registro paleopedologico Radioactividad Radiohalo Microbomba de iones de alta resolucion sensible SHRIMP Datacion por radiocarbono Datacion potasio argon Datacion uranio torio Datacion uranio plomo Datacion samario neodimioNotas Editar Union Internacional de Quimica Pura y Aplicada radioactive dating Compendium of Chemical Terminology Version en linea en ingles Boltwood Bertram 1907 The Ultimate Disintegration Products of the Radio active Elements Part II The disintegration products of uranium American Journal of Science 4 23 134 77 88 doi 10 2475 ajs s4 23 134 78 1 Geologic Time Radiometric Time Scale United States Geological Survey McRae A 1998 Radiometric Dating and the Geological Time Scale Circular Reasoning or Reliable Tools Radiometric Dating and the Geological Time ScaleTalkOrigins Archive 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