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Edad de la Tierra

La edad de la Tierra indica el tiempo transcurrido desde su origen hasta nuestros días. Los geólogos y geofísicos modernos consideran que la edad de la Tierra es de unos 4543.9 millones de años. Esta datación, basada en el decaimiento de hafnio 182 en tungsteno 182, fue determinada por John Rudge y colaboradores, del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Cambridge, en 2010,[1][2]​ y redujo la datación anterior de 4540 millones de años ± 1%[3]​ en 70 millones de años. Esta edad había sido determinada mediante técnicas de datación radiométrica de material proveniente de meteoritos[4]​ y es consistente con la edad de las muestras más antiguas de material de la Tierra y de la Luna.

Con el advenimiento de la revolución científica y el desarrollo de los métodos de datación radiométricos, se realizaron mediciones de la presencia de plomo en muestras minerales ricas en uranio, que indicaron que algunas tenían una edad que superaba los 1000 millones de años.[5]​ El más antiguo de estos minerales que ha sido analizado son unos pequeños cristales de zirconio de la zona de Jack Hills en Australia Occidental; los cuales por lo menos tienen una edad de 4404 millones de años.[6]​ Comparando la masa y luminosidad del Sol con las de las otras estrellas, parecería que el sistema solar no podría ser más antiguo que dichas rocas. Las inclusiones ricas en calcio-aluminio (Ca-Al) –los compuestos de meteoritos más antiguos formados en el sistema solar– tienen una edad de 4567 millones de años,[7]​ lo que resulta en la edad del sistema solar y en una cota superior para la edad de la Tierra.

Existe una hipótesis que afirma que la formación de la Tierra comenzó poco tiempo después de la formación de las inclusiones ricas en Ca-Al y los meteoritos. Como aún se desconoce el instante en que ocurrió la formación de la Tierra y las predicciones obtenidas mediante diferentes modelos de creación van desde unos pocos millones de años hasta unos 100 millones de años, es difícil determinar la edad exacta de la Tierra. También es difícil precisar la edad exacta de las rocas más antiguas sobre la superficie de la Tierra, ya que muy probablemente sean agregados de minerales de distintas épocas. El gneis Acasta ubicado en el norte de Canadá podría ser la más antigua masa rocosa expuesta en la corteza terrestre.[8]

Desarrollo de los conceptos geológicos modernos

Los estudios de los estratos, la formación de las capas de roca y sedimentos, le han permitido comprender a los naturalistas que la Tierra podría haber pasado por numerosos cambios durante su existencia. Estas capas a menudo contienen restos fosilizados de criaturas desconocidas, lo que conduce a una interpretación de una serie de organismos que se sucedieron entre una capa a la siguiente. Ya en el siglo VI a. C. Jenófanes interpretaba a las capas de restos fósiles exactamente de esta manera.

Nicolás Steno en el siglo XVII fue uno de los primeros naturalistas occidentales en apreciar la conexión existente entre los restos fósiles y los estratos. Basado en sus observaciones formuló importantes conceptos estratigráficos (por ejemplo, el «principio de la superposición de estratos» y el «principio de horizontalidad original»). Hacia 1790, el naturalista británico William Smith formuló la hipótesis de que, si dos capas de roca ubicadas en sitios muy disímiles contenían fósiles similares, entonces era muy factible que las capas provinieran de la misma época. Posteriormente un sobrino y discípulo de William Smith, llamado John Phillips, calculó utilizando este tipo de técnicas que la edad de la Tierra sería de unos 96 millones de años.

A mediados del siglo XVIII el naturalista Mijaíl Lomonósov, considerado el fundador de la ciencia rusa, sugirió que la Tierra había sido formada de forma independiente del resto del universo, varios cientos de miles de años antes. Las ideas de Lomonosov eran principalmente de naturaleza especulativa, pero en 1779, el naturalista francés Comte du Buffon trató de calcular la edad de la Tierra realizando un experimento: creó un globo de dimensiones reducidas que se asemejaba por su composición a la Tierra y luego midió su ritmo de enfriamiento. Como resultado estimó que la Tierra tendría unos 75 000 años de edad.

Otros naturalistas utilizaron hipótesis para construir una historia de la Tierra, aunque sus secuencias temporales eran inexactas ya que no conocían cuanto tiempo había tomado la formación de los distintos estratos. En 1830, el geólogo Charles Lyell, basado en algunas ideas formuladas previamente por el filósofo y naturalista escocés James Hutton, popularizó el concepto de que las características de la Tierra están en cambio perpetuo, a través de procesos de erosión y reforma continua, y que el ritmo de cambio era aproximadamente constante. Esta idea era radicalmente distinta al concepto tradicional, que considerada a la historia de la Tierra como algo estático, con los cambios solo ocurriendo en forma intermitente mediante catástrofes naturales. Numerosos naturalistas fueron influidos por las ideas de Lyell convirtiéndose en «uniformistas» que creían que el cambio era continuo y ocurría en una forma uniforme y a velocidad constante.

Primeros cálculos por físicos, geólogos y biólogos

 
William Thomson (Lord Kelvin)

En su Introducción a la historia de los minerales (1774) Buffon calculó la edad de la Tierra en al menos 180 000 años. A pesar de que hoy resulta una cifra extraordinariamente pequeña, en su época se alejaba ya considerablemente del cálculo del arzobispo Usher a comienzos del siglo XVII a partir del relato bíblico. En su Cosmogonía (1775), Kant hablaba de millones e incluso de centenares de millones de años.[9]

En 1862, el físico de Glasgow William Thomson (posteriormente llamado Lord Kelvin) publicó cálculos que estimaban la edad de la Tierra en una banda entre 24 millones de años.[10][11]​ Lord Kelvin supuso que la Tierra se habría formado como una bola de roca fundida, y calculó el tiempo que demoró el proceso de enfriamiento hasta las temperaturas actuales.

Los geólogos tenían dificultades para aceptar que la Tierra fuera tan joven. Los biólogos podían aceptar que la Tierra pudiera tener una edad finita, pero aún 100 millones de años parecía un número demasiado pequeño para ser plausible. Charles Darwin, que había estudiado los trabajos de Lyell, había propuesto su teoría de la evolución de los organismos mediante selección natural, un proceso que se basa en la combinación de modificaciones hereditarias aleatorias y donde para que sea posible una selección acumulativa se requieren de grandes períodos de tiempo. Por ello aún 400 millones de años no parecía ser un lapso suficiente.

En una disertación que Thomas H. Huxley un gran defensor de Darwin realizó en 1869, atacó los cálculos de Thomson, indicando que si bien parecían consistentes y precisos los mismos estaban basados en un conjunto de suposiciones erróneas. En 1856 el físico alemán Hermann von Helmholtz y en 1892 el astrónomo canadiense Simon Newcomb presentaron sus propios cálculos de 22 y 18 millones de años respectivamente: cada uno de ellos en forma independiente había calculado el tiempo que le habría llevado al Sol evolucionar hasta su diámetro e intensidad actual a partir de la nebulosa de gas y polvo de la cual se formó.[11]​ Estos valores eran consistentes con los cálculos de Thomson. Sin embargo, ellos solo supusieron que el Sol brillaba como consecuencia del calor generado por su contracción gravitacional. En aquella época el proceso de fusión nuclear era aún desconocido para la ciencia.

Otros científicos también apoyaron las estimaciones de Thomson. El astrónomo de la Universidad de Cambridge, George H. Darwin (hijo de Charles Darwin) propuso que la Tierra y la Luna se habían separado al comienzo de su existencia cuando aún eran masas líquidas. Él basándose en cálculos usando modelos de fricción mareomotriz calculó cuánto tiempo le tomó a la Tierra desarrollar el día de 24 horas de duración (se estima que hace 4000 millones de años la tierra rotaba cada 6 horas[12]​). Obtuvo una estimación de 56 millones de años que apoyaban los valores de Thomson.[11]

En 1899 y 1900, John Joly de la Universidad de Dublín calculó el ritmo al cual los océanos habrían acumulado sal mediante procesos de erosión, y determinó que los océanos tendrían una edad de unos 80 a 100 millones de años.[11]

Datación radiométrica

Introducción

Las rocas minerales naturalmente contienen ciertos elementos y no contienen algunos otros. Pero es posible que mediante el proceso de decaimiento radiactivo de isótopos contenidos en la roca, aparezcan en su estructura elementos exóticos que inicialmente no se encontraban allí. Mediante la medición de la concentración del producto estable de estos decaimientos, sumado al conocimiento de la vida media y la concentración inicial del elemento que decae, se puede determinar la edad de una roca. Productos típicos producidos como resultado de decaimientos radiactivos son el argón, producto de cadenas de decaimiento de potasio-40, y plomo, a partir del decaimiento de uranio y torio. Si la roca se encuentra fundida, como sucede en el manto terrestre, tales productos estables que aparecen como resultado de procesos de decaimiento radiactivo pueden escapar o ser redistribuidos. Por lo tanto, la edad de la roca terrestre más antigua corresponde a una cota mínima de la edad de la Tierra, suponiendo que una roca no puede tener una vida que exceda la de la Tierra misma.

Manto convectivo y radiactividad

Para 1892, Thomson ya había sido nombrado Lord Kelvin en reconocimiento por sus muchos logros científicos. Kelvin calculó la edad de la Tierra utilizando un método basado en los gradientes térmicos en el interior de la Tierra, y obtuvo un estimado de 100 millones de años.[13]​ Sin embargo Kelvin no se dio cuenta de que la Tierra tenía un manto fluido sumamente viscoso, y que esto hacia que sus cálculos fueran erróneos. En 1895, John Perry utilizando un modelo de un manto convectivo y una corteza delgada, estimó que la edad de la Tierra estaba de 2000 a 3000 millones de años.[13]​ Kelvin se mantuvo firme en su estimación de 100 millones de años, inclusive con posterioridad redujo su predicción a un valor de 20 millones de años.

La radiactividad introducirá otro factor adicional en el cálculo. En 1896, el químico francés A. Henri Becquerel descubrió la radiactividad. Y en 1898, otros dos científicos franceses, Marie y Pierre Curie, descubrieron los elementos radiactivos polonio y radio. En 1903 Pierre Curie y su colega Albert Laborde anunciaron que el radio producía suficiente calor para producir el fundido del equivalente de su propia masa en forma de hielo en una hora.

Rápidamente los geólogos se dieron cuenta de que el descubrimiento de la radiactividad echaba por tierra las suposiciones en que se basaban la mayoría de los cálculos de la edad de la Tierra. En dichos cálculos se suponía que la Tierra y el Sol se habían formado en algún punto en el pasado y que se habían ido enfriando en forma continua desde entonces. Pero la radiactividad aportaba un fenómeno por el que se generaba calor, tal como fuera destacado por primera vez, en 1903, por George Darwin y Joly.[14]

Descubrimiento de la datación radiométrica

La radiactividad, que había anulado la validez de los cálculos precedentes, sin embargo brindó nuevas herramientas para calcular la edad de la Tierra utilizando la datación radiométrica.

 
Ernest Rutherford en 1908

Ernest Rutherford y Frederick Soddy continuaron su trabajos con materiales radiactivos y llegaron a la conclusión que la radiactividad se debía a la transmutación espontánea de elementos atómicos. En un decaimiento radiactivo, un elemento se convierte en otro elemento, más liviano, y en el proceso emite radiación alfa, beta, o gamma. Ellos también encontraron que un elemento radiactivo decae para convertirse en otro a una velocidad característica que es distinta para cada elemento. Esta velocidad se expresa en función de la «vida media», o lapso necesario para que la mitad de una cantidad de un material radiactivo se transmute y convierta en su «producto de decaimiento».

Mientras que algunos materiales radiactivos poseen vidas medias cortas, otros poseen vidas medias muy largas. El uranio, el torio, y el radio tienen vidas medias prolongadas, y por lo tanto todavía se los encuentra en la corteza terrestre, pero aquellos elementos con vidas medias cortas ya no se encuentran en forma natural en la corteza terrestre. Este hallazgo hace pensar que podría ser posible medir la edad de la Tierra si se midieran las proporciones relativas entre los materiales radiactivos de muestras geológicas. En realidad, los elementos radiactivos no siempre decaen directamente hacia elementos no-radiactivos o estables, en cambio decaen formando otros elementos radiactivos que tienen sus propias vidas medias que a su vez decaen, hasta que luego de una cadena de procesos se llega a un elemento estable. Estas «cadenas de decaimiento», tales como las del uranio-radio y las del torio, se descubrieron a los pocos años de haber descubierto la radiactividad, y fueron la base sobre la que se desarrollaron las técnicas de la datación radiométrica.

Estos temas se vieron enriquecidos por los descubrimientos de Bertram B. Boltwood y de Rutherford. Boltwood había realizado estudios sobre materiales radiactivos, y cuando en 1904 Rutherford dio algunas charlas en Yale,[15]​ Boltwood se inspiró para describir las relaciones entre los elementos de varias cadenas de decaimientos radiactivos. Posteriormente en 1904, Rutherford realizó el primer paso hacia la datación radiométrica al sugerir que las partículas alfa emitidas en un decaimiento radiactivo podían quedar atrapadas en una muestra de roca en forma de átomos de helio. En ese tiempo, Rutherford solo estaba adivinando la posible relación entre partículas alfa y los átomos de helio, teoría que luego demostró cuatro años después.

Apenas habían Soddy y sir William Ramsay, del University College en Londres, logrado determinar el ritmo mediante el cual el radio produce partículas alfa, cuando Rutherford propuso que podía determinar la edad de una roca midiendo la concentración de helio en su interior. Utilizando esta técnica calculó que una muestra de roca que tenía en su laboratorio tenía una edad de unos 40 millones de años. Al respecto Rutherford escribió:

Entré en la sala, que se encontraba en penumbras, y óbservé entre la audiencia a Lord Kelvin por lo que me di cuenta que iba a tener problemas en la última parte de mi disertación en la que presentaba información sobre la edad de la Tierra, y donde mis puntos de vista estaban en conflicto con las posiciones sostenidas por Kelvin. Para mi alivio, rápidamente Kelvin se quedó dormido, pero cuando comencé a tratar el punto importante, vi que Kelvin se enderezó en su asiento, abrió un ojo, y me envió una mirada asesina! De repente tuve un rapto de inspiración y dije, 'Lord Kelvin ha fijado la edad de la Tierra, basado en la información existente hasta la fecha. Y justamente esta noche nos referimos a cambios en los datos que sustentan esa profecía, el radio!' De repente, Kelvin me dirigió una mirada furibunda

Rutherford supuso que la velocidad de decaimiento del radio determinada por Ramsay y Soddy era correcta, y que el helio quedaba atrapado en la muestra sin poder escaparse. Si bien estas suposiciones de Rutherford no eran correctas, el modelo igual permitió avanzar en la dirección correcta.

Boltwood se concentró en los productos finales de las cadenas de decaimiento. En 1905, sugirió que el plomo era el producto estable final en el que terminaba la cadena de decaimiento del radio. Ya se conocía que el radio era un producto intermedio en la cadena de decaimiento del uranio. Rutherford contribuyó, imaginando un proceso de decaimiento mediante el cual el radio emitía cinco partículas alfa mediante varios productos intermedios para terminar en plomo, y pensó que era probable que la cadena de decaimiento radio-plomo pudiera ser utilizada para fechar muestras de rocas. Boltwood realizó los cálculos, y hacia finales de 1905 había estimado la edad de 26 muestras de rocas, obteniendo valores entre 92 y 570 millones de años. Sin embargo tuvo suerte al no publicar inmediatamente sus resultados, ya que tenían varios errores de medición y el uso de un valor incorrecto para la vida media del radio. Boltwood refinó su trabajo y finalmente publicó sus resultados en 1907.[5]

El trabajo de Boltwood enfatizaba que muestras tomadas de estratos comparables tenían relaciones de uranio/plomo que eran similares, y que las muestras de estratos más antiguos tenían una mayor proporción de plomo, excepto en aquellos casos en los que había evidencia que el plomo había escapado de la muestra. Sin embargo, sus estudios eran erróneos porque por aquella época no se comprendía completamente la cadena de decaimiento del torio, lo que hacía que se obtuvieran resultados incorrectos en las muestras que contenían uranio y torio. Sin embargo, sus cálculos eran mucho más precisos que todos los realizados hasta aquel momento. Utilizando esta técnica junto con algunos refinamientos, Boltwood calculó que sus 26 muestras de roca tenían edades entre 250 a 1300 millones de años.

Arthur Holmes desarrolla la datación radiométrica

Si bien Boltwood publicó su trabajo en una importante revista especializada en temas de geología, la comunidad geológica tenía poco interés por la radiactividad. Por ello Boltwood no dedicó más esfuerzos al fechado radiométrico y se dedicó a investigar otras cadenas de decaimiento. Por su parte, si bien Rutherford mantuvo algo de interés en el tema de la edad de la Tierra, no hizo mayores trabajos sobre el mismo.

Hasta 1910 Robert Strutt continuó trabajando sobre el método de helio de Rutherford, para finalmente abandonar el tema. Sin embargo Arthur Holmes un discípulo de Strutt se interesó por el fechado radiométrico y siguió trabajando en el mismo cuando el resto de los científicos lo habían abandonado. Holmes se concentró en el fechado por plomo, ya que no tenía muchas esperanzas en el método del helio. Realizó mediciones sobre muestras de rocas y en 1911 llegó a la conclusión que la más antigua (una muestra de Ceilán) tenía una edad de 1600 millones de años.[16]​ Estos cálculos no eran particularmente confiables, ya que por ejemplo supuso que al momento de solidificarse la roca las muestras habían contenido únicamente uranio y nada de plomo.

Y más importante aún, en 1913 se publicaron resultados que mostraban que los elementos se presentaban en diversas variantes con diferentes masas, o «isótopos». Para la década de 1930, se demuestra que los isótopos tenían núcleos formados con distinto número de partículas neutras llamadas «neutrones». Ese mismo año, otros trabajos publicados presentan las leyes que siguen los decaimientos radiactivos, permitiendo de este modo una identificación más precisa de las cadenas de decaimiento.

Muchos geólogos consideraban que estos nuevos descubrimientos hacían al fechado radiométrico tan complicado que lo tornaban inservible. Para Holmes, esto le daba herramientas más poderosas para mejorar sus técnicas, y continuó avanzando con sus trabajos, realizando publicaciones antes y después de la Primera Guerra Mundial. Su trabajo fue ignorado hasta la década de 1920, si bien en 1917 Joseph Barrell, un profesor de geología de Yale, reescribió la historia geológica para ajustarla a los hallazgos de Holmes utilizando el fechado radiométrico. Las investigaciones de Barrell determinaron que las capas de estratos se habían formado con distintas velocidades, y por lo tanto era incorrecto utilizar las velocidades actuales de cambios geológicos para inferir las fechas de la evolución de la historia de la Tierra.

La persistencia de Holmes finalmente comenzó a dar frutos hacia 1921, cuando en la reunión anual de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia los miembros establecieron por consenso que la edad de la Tierra era de unos pocos miles de millones de años, y que la técnica de fechado radiométrico era creíble. Holmes publicó su obra The Age of the Earth, an Introduction to Geological Ideas en 1927 en la que establecía un rango entre 1600 a 3000 millones de años.[17]​ De todas formas, luego de estos eventos no se percibió un gran movimiento en pos de promocionar el fechado radiométrico, que parecía ser resistido por los miembros más recalcitrantes de la comunidad de geólogos. Ellos desconfiaban de los intentos de los físicos de entrometerse en sus dominios, y hasta ahora los habían logrado ignorar con éxito. El gran peso de la evidencia finalmente tuvo su efecto y en 1931 el National Research Council de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos finalmente decidió resolver el tema de la edad de la Tierra y para ello designó un comité para que investigara el tema. Dado que Holmes era una de las pocas personas que tenía un conocimiento de las técnicas de fechado radiométrico, fue invitado a formar parte del comité y de hecho la mayoría del informe final es de su autoría.[17]

El informe expresaba que el fechado radiométrico era el único método confiable de determinar las secuencia de tiempos geológicos. El amplio detalle y precisión del informe, sustentaban la conclusión del mismo. El informe describía los métodos a ser usados, el cuidado a tener para realizar las mediciones y las incertezas y barras de error resultantes.

El uso de meteoritos

El valor de 4555 millones de años fue calculado por C. C. Patterson utilizando el fechado mediante isótopos de la cadena de decaimiento uranio-plomo (específicamente fechado plomo-plomo) basándose en varios meteoritos incluido el meteorito del Cañón del Diablo, este valor fue publicado en 1956.[4]

 
Diagrama de decaimiento isócrono del isótopo del plomo, con datos utilizados por Patterson para determinar la edad de la Tierra en 1956

La edad de la Tierra indicada, en parte se basa en el meteorito de Canyon Diablo por varias razones y se apoya en el conocimiento de la química del cosmos adquirido en varias décadas de investigaciones.

La mayoría de las muestras provenientes de la Tierra no permiten determinar en forma directa la fecha en que se formó la Tierra a partir de la nebulosa solar debido a que la Tierra ha sufrido procesos que determinan la presencia de su núcleo, el manto y la corteza. A su vez estos elementos han atravesado una larga historia de procesos de mezclado y dispersión como la tectónica de placas, erosión y circulación hidrotermal.

Todos estos procesos pueden afectar en forma negativa el fechado por métodos radiométricos, ya que pueden comprometer la característica de la muestra al anular la suposición que la misma ha permanecido como un sistema cerrado. Esto se refiere al hecho de que o el nucleído padre o el hijo o algún nucleído hijo intermedio pueden haber salido en forma parcial de la muestra, lo que resultaría en un cálculo incorrecto de su edad. Para mitigar este efecto es usual fechar varios minerales de la misma muestra, para obtener un isócrono. Alternativamente, es posible utilizar en algunas muestras más de un sistema de fechado, lo que permite aumentar la certeza sobre el cálculo.

Se considera que algunos meteoritos representan el material primitivo a partir del cual se formó el disco solar de acreción. Algunos de estos meteoritos se han comportado como sistemas cerrados (por lo menos para ciertos isótopos) muy poco tiempo después de que se formaron el disco solar y los planetas. Estas suposiciones han sido confirmadas por observaciones científicas y numerosos fechados mediante isótopos, y es una hipótesis más robusta que suponer que una roca terrestre ha retenido su composición original.

Sin embargo, se han usado rocas minerales de plomo arcaicas de galena para estimar la edad de la Tierra ya que las mismas son los más antiguos minerales formados solo a base de plomo en el planeta y poseen información sobre los más antiguos sistemas de isótopos homogéneos plomo-plomo del planeta. Mediante este método es que se obtuvo la edad de la Tierra de 4540 millones de años con un margen de error menor al 1% (45 millones de años).[18]

Véase también

Referencias

  1. Rudge, John F.; Kleine, Thorsten y Bourdon, Bernard (2010). «Broad bounds on Earth accretion and core formation constrained by geochemical models». Nature Geoscience 3: 439-443. Consultado el 22 de abril de 2010. 
  2. «La Tierra es más joven de lo que se pensaba». BBC Mundo - Ciencia y Tecnología. 2010. Consultado el 12 de julio de 2010. 
  3. «Age of the Earth». U.S. Geological Survey. 1997. Consultado el 10 de enero de 2006. 
  4. Patterson, 1956, pp. 230-237
  5. Boltwood, 1907, pp. 77-88
  6. Wilde et al., 2001, pp. 175–178
  7. Baker et al., 2005, pp. 1127-1131
  8. Bowring y Williams, 1999, pp. 3-16
  9. Alvargonzález, 1996, pp. 3-46
  10. England, Molnar y Richter, 2007a, pp. 4-9
  11. Dalrymple, 1991, pp. 14-17
  12. Sánchez León, Guillermo (2015). «¿Cuántos segundos tiene un día?». Naukas. Consultado el 9 de febrero de 2015. 
  13. England, Molnar y Richter, 2007b, pp. 342-349
  14. Joly, 1909, p. 36
  15. Rutherford, 1906
  16. Dalrymple, 1991, p. 74
  17. Dalrymple, 1991, pp. 77-78
  18. Dalrymple, 1991, pp. 310–341

Bibliografía

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Enlaces externos

  • TalkOrigins.org
  • Vectorsite.net – Initial version of this article was based on a public domain text by Greg Goebel
  • USGS preface on the Age of the Earth
  • NASA exposition on the age of Martian meteorites
  • "Aging the Earth", BBC Radio 4 In Our Time series, 2003


  •   Datos: Q935310

edad, tierra, edad, tierra, indica, tiempo, transcurrido, desde, origen, hasta, nuestros, días, geólogos, geofísicos, modernos, consideran, edad, tierra, unos, 4543, millones, años, esta, datación, basada, decaimiento, hafnio, tungsteno, determinada, john, rud. La edad de la Tierra indica el tiempo transcurrido desde su origen hasta nuestros dias Los geologos y geofisicos modernos consideran que la edad de la Tierra es de unos 4543 9 millones de anos Esta datacion basada en el decaimiento de hafnio 182 en tungsteno 182 fue determinada por John Rudge y colaboradores del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Cambridge en 2010 1 2 y redujo la datacion anterior de 4540 millones de anos 1 3 en 70 millones de anos Esta edad habia sido determinada mediante tecnicas de datacion radiometrica de material proveniente de meteoritos 4 y es consistente con la edad de las muestras mas antiguas de material de la Tierra y de la Luna Con el advenimiento de la revolucion cientifica y el desarrollo de los metodos de datacion radiometricos se realizaron mediciones de la presencia de plomo en muestras minerales ricas en uranio que indicaron que algunas tenian una edad que superaba los 1000 millones de anos 5 El mas antiguo de estos minerales que ha sido analizado son unos pequenos cristales de zirconio de la zona de Jack Hills en Australia Occidental los cuales por lo menos tienen una edad de 4404 millones de anos 6 Comparando la masa y luminosidad del Sol con las de las otras estrellas pareceria que el sistema solar no podria ser mas antiguo que dichas rocas Las inclusiones ricas en calcio aluminio Ca Al los compuestos de meteoritos mas antiguos formados en el sistema solar tienen una edad de 4567 millones de anos 7 lo que resulta en la edad del sistema solar y en una cota superior para la edad de la Tierra Existe una hipotesis que afirma que la formacion de la Tierra comenzo poco tiempo despues de la formacion de las inclusiones ricas en Ca Al y los meteoritos Como aun se desconoce el instante en que ocurrio la formacion de la Tierra y las predicciones obtenidas mediante diferentes modelos de creacion van desde unos pocos millones de anos hasta unos 100 millones de anos es dificil determinar la edad exacta de la Tierra Tambien es dificil precisar la edad exacta de las rocas mas antiguas sobre la superficie de la Tierra ya que muy probablemente sean agregados de minerales de distintas epocas El gneis Acasta ubicado en el norte de Canada podria ser la mas antigua masa rocosa expuesta en la corteza terrestre 8 Indice 1 Desarrollo de los conceptos geologicos modernos 2 Primeros calculos por fisicos geologos y biologos 3 Datacion radiometrica 3 1 Introduccion 3 2 Manto convectivo y radiactividad 3 3 Descubrimiento de la datacion radiometrica 3 4 Arthur Holmes desarrolla la datacion radiometrica 3 4 1 El uso de meteoritos 4 Vease tambien 5 Referencias 5 1 Bibliografia 6 Enlaces externosDesarrollo de los conceptos geologicos modernos EditarLos estudios de los estratos la formacion de las capas de roca y sedimentos le han permitido comprender a los naturalistas que la Tierra podria haber pasado por numerosos cambios durante su existencia Estas capas a menudo contienen restos fosilizados de criaturas desconocidas lo que conduce a una interpretacion de una serie de organismos que se sucedieron entre una capa a la siguiente Ya en el siglo VI a C Jenofanes interpretaba a las capas de restos fosiles exactamente de esta manera Nicolas Steno en el siglo XVII fue uno de los primeros naturalistas occidentales en apreciar la conexion existente entre los restos fosiles y los estratos Basado en sus observaciones formulo importantes conceptos estratigraficos por ejemplo el principio de la superposicion de estratos y el principio de horizontalidad original Hacia 1790 el naturalista britanico William Smith formulo la hipotesis de que si dos capas de roca ubicadas en sitios muy disimiles contenian fosiles similares entonces era muy factible que las capas provinieran de la misma epoca Posteriormente un sobrino y discipulo de William Smith llamado John Phillips calculo utilizando este tipo de tecnicas que la edad de la Tierra seria de unos 96 millones de anos A mediados del siglo XVIII el naturalista Mijail Lomonosov considerado el fundador de la ciencia rusa sugirio que la Tierra habia sido formada de forma independiente del resto del universo varios cientos de miles de anos antes Las ideas de Lomonosov eran principalmente de naturaleza especulativa pero en 1779 el naturalista frances Comte du Buffon trato de calcular la edad de la Tierra realizando un experimento creo un globo de dimensiones reducidas que se asemejaba por su composicion a la Tierra y luego midio su ritmo de enfriamiento Como resultado estimo que la Tierra tendria unos 75 000 anos de edad Otros naturalistas utilizaron hipotesis para construir una historia de la Tierra aunque sus secuencias temporales eran inexactas ya que no conocian cuanto tiempo habia tomado la formacion de los distintos estratos En 1830 el geologo Charles Lyell basado en algunas ideas formuladas previamente por el filosofo y naturalista escoces James Hutton popularizo el concepto de que las caracteristicas de la Tierra estan en cambio perpetuo a traves de procesos de erosion y reforma continua y que el ritmo de cambio era aproximadamente constante Esta idea era radicalmente distinta al concepto tradicional que considerada a la historia de la Tierra como algo estatico con los cambios solo ocurriendo en forma intermitente mediante catastrofes naturales Numerosos naturalistas fueron influidos por las ideas de Lyell convirtiendose en uniformistas que creian que el cambio era continuo y ocurria en una forma uniforme y a velocidad constante Primeros calculos por fisicos geologos y biologos Editar William Thomson Lord Kelvin En su Introduccion a la historia de los minerales 1774 Buffon calculo la edad de la Tierra en al menos 180 000 anos A pesar de que hoy resulta una cifra extraordinariamente pequena en su epoca se alejaba ya considerablemente del calculo del arzobispo Usher a comienzos del siglo XVII a partir del relato biblico En su Cosmogonia 1775 Kant hablaba de millones e incluso de centenares de millones de anos 9 En 1862 el fisico de Glasgow William Thomson posteriormente llamado Lord Kelvin publico calculos que estimaban la edad de la Tierra en una banda entre 24 millones de anos 10 11 Lord Kelvin supuso que la Tierra se habria formado como una bola de roca fundida y calculo el tiempo que demoro el proceso de enfriamiento hasta las temperaturas actuales Los geologos tenian dificultades para aceptar que la Tierra fuera tan joven Los biologos podian aceptar que la Tierra pudiera tener una edad finita pero aun 100 millones de anos parecia un numero demasiado pequeno para ser plausible Charles Darwin que habia estudiado los trabajos de Lyell habia propuesto su teoria de la evolucion de los organismos mediante seleccion natural un proceso que se basa en la combinacion de modificaciones hereditarias aleatorias y donde para que sea posible una seleccion acumulativa se requieren de grandes periodos de tiempo Por ello aun 400 millones de anos no parecia ser un lapso suficiente En una disertacion que Thomas H Huxley un gran defensor de Darwin realizo en 1869 ataco los calculos de Thomson indicando que si bien parecian consistentes y precisos los mismos estaban basados en un conjunto de suposiciones erroneas En 1856 el fisico aleman Hermann von Helmholtz y en 1892 el astronomo canadiense Simon Newcomb presentaron sus propios calculos de 22 y 18 millones de anos respectivamente cada uno de ellos en forma independiente habia calculado el tiempo que le habria llevado al Sol evolucionar hasta su diametro e intensidad actual a partir de la nebulosa de gas y polvo de la cual se formo 11 Estos valores eran consistentes con los calculos de Thomson Sin embargo ellos solo supusieron que el Sol brillaba como consecuencia del calor generado por su contraccion gravitacional En aquella epoca el proceso de fusion nuclear era aun desconocido para la ciencia Otros cientificos tambien apoyaron las estimaciones de Thomson El astronomo de la Universidad de Cambridge George H Darwin hijo de Charles Darwin propuso que la Tierra y la Luna se habian separado al comienzo de su existencia cuando aun eran masas liquidas El basandose en calculos usando modelos de friccion mareomotriz calculo cuanto tiempo le tomo a la Tierra desarrollar el dia de 24 horas de duracion se estima que hace 4000 millones de anos la tierra rotaba cada 6 horas 12 Obtuvo una estimacion de 56 millones de anos que apoyaban los valores de Thomson 11 En 1899 y 1900 John Joly de la Universidad de Dublin calculo el ritmo al cual los oceanos habrian acumulado sal mediante procesos de erosion y determino que los oceanos tendrian una edad de unos 80 a 100 millones de anos 11 Datacion radiometrica EditarArticulo principal Datacion radiometrica Introduccion Editar Las rocas minerales naturalmente contienen ciertos elementos y no contienen algunos otros Pero es posible que mediante el proceso de decaimiento radiactivo de isotopos contenidos en la roca aparezcan en su estructura elementos exoticos que inicialmente no se encontraban alli Mediante la medicion de la concentracion del producto estable de estos decaimientos sumado al conocimiento de la vida media y la concentracion inicial del elemento que decae se puede determinar la edad de una roca Productos tipicos producidos como resultado de decaimientos radiactivos son el argon producto de cadenas de decaimiento de potasio 40 y plomo a partir del decaimiento de uranio y torio Si la roca se encuentra fundida como sucede en el manto terrestre tales productos estables que aparecen como resultado de procesos de decaimiento radiactivo pueden escapar o ser redistribuidos Por lo tanto la edad de la roca terrestre mas antigua corresponde a una cota minima de la edad de la Tierra suponiendo que una roca no puede tener una vida que exceda la de la Tierra misma Manto convectivo y radiactividad Editar Para 1892 Thomson ya habia sido nombrado Lord Kelvin en reconocimiento por sus muchos logros cientificos Kelvin calculo la edad de la Tierra utilizando un metodo basado en los gradientes termicos en el interior de la Tierra y obtuvo un estimado de 100 millones de anos 13 Sin embargo Kelvin no se dio cuenta de que la Tierra tenia un manto fluido sumamente viscoso y que esto hacia que sus calculos fueran erroneos En 1895 John Perry utilizando un modelo de un manto convectivo y una corteza delgada estimo que la edad de la Tierra estaba de 2000 a 3000 millones de anos 13 Kelvin se mantuvo firme en su estimacion de 100 millones de anos inclusive con posterioridad redujo su prediccion a un valor de 20 millones de anos La radiactividad introducira otro factor adicional en el calculo En 1896 el quimico frances A Henri Becquerel descubrio la radiactividad Y en 1898 otros dos cientificos franceses Marie y Pierre Curie descubrieron los elementos radiactivos polonio y radio En 1903 Pierre Curie y su colega Albert Laborde anunciaron que el radio producia suficiente calor para producir el fundido del equivalente de su propia masa en forma de hielo en una hora Rapidamente los geologos se dieron cuenta de que el descubrimiento de la radiactividad echaba por tierra las suposiciones en que se basaban la mayoria de los calculos de la edad de la Tierra En dichos calculos se suponia que la Tierra y el Sol se habian formado en algun punto en el pasado y que se habian ido enfriando en forma continua desde entonces Pero la radiactividad aportaba un fenomeno por el que se generaba calor tal como fuera destacado por primera vez en 1903 por George Darwin y Joly 14 Descubrimiento de la datacion radiometrica Editar La radiactividad que habia anulado la validez de los calculos precedentes sin embargo brindo nuevas herramientas para calcular la edad de la Tierra utilizando la datacion radiometrica Ernest Rutherford en 1908 Ernest Rutherford y Frederick Soddy continuaron su trabajos con materiales radiactivos y llegaron a la conclusion que la radiactividad se debia a la transmutacion espontanea de elementos atomicos En un decaimiento radiactivo un elemento se convierte en otro elemento mas liviano y en el proceso emite radiacion alfa beta o gamma Ellos tambien encontraron que un elemento radiactivo decae para convertirse en otro a una velocidad caracteristica que es distinta para cada elemento Esta velocidad se expresa en funcion de la vida media o lapso necesario para que la mitad de una cantidad de un material radiactivo se transmute y convierta en su producto de decaimiento Mientras que algunos materiales radiactivos poseen vidas medias cortas otros poseen vidas medias muy largas El uranio el torio y el radio tienen vidas medias prolongadas y por lo tanto todavia se los encuentra en la corteza terrestre pero aquellos elementos con vidas medias cortas ya no se encuentran en forma natural en la corteza terrestre Este hallazgo hace pensar que podria ser posible medir la edad de la Tierra si se midieran las proporciones relativas entre los materiales radiactivos de muestras geologicas En realidad los elementos radiactivos no siempre decaen directamente hacia elementos no radiactivos o estables en cambio decaen formando otros elementos radiactivos que tienen sus propias vidas medias que a su vez decaen hasta que luego de una cadena de procesos se llega a un elemento estable Estas cadenas de decaimiento tales como las del uranio radio y las del torio se descubrieron a los pocos anos de haber descubierto la radiactividad y fueron la base sobre la que se desarrollaron las tecnicas de la datacion radiometrica Estos temas se vieron enriquecidos por los descubrimientos de Bertram B Boltwood y de Rutherford Boltwood habia realizado estudios sobre materiales radiactivos y cuando en 1904 Rutherford dio algunas charlas en Yale 15 Boltwood se inspiro para describir las relaciones entre los elementos de varias cadenas de decaimientos radiactivos Posteriormente en 1904 Rutherford realizo el primer paso hacia la datacion radiometrica al sugerir que las particulas alfa emitidas en un decaimiento radiactivo podian quedar atrapadas en una muestra de roca en forma de atomos de helio En ese tiempo Rutherford solo estaba adivinando la posible relacion entre particulas alfa y los atomos de helio teoria que luego demostro cuatro anos despues Apenas habian Soddy y sir William Ramsay del University College en Londres logrado determinar el ritmo mediante el cual el radio produce particulas alfa cuando Rutherford propuso que podia determinar la edad de una roca midiendo la concentracion de helio en su interior Utilizando esta tecnica calculo que una muestra de roca que tenia en su laboratorio tenia una edad de unos 40 millones de anos Al respecto Rutherford escribio Entre en la sala que se encontraba en penumbras y observe entre la audiencia a Lord Kelvin por lo que me di cuenta que iba a tener problemas en la ultima parte de mi disertacion en la que presentaba informacion sobre la edad de la Tierra y donde mis puntos de vista estaban en conflicto con las posiciones sostenidas por Kelvin Para mi alivio rapidamente Kelvin se quedo dormido pero cuando comence a tratar el punto importante vi que Kelvin se enderezo en su asiento abrio un ojo y me envio una mirada asesina De repente tuve un rapto de inspiracion y dije Lord Kelvin ha fijado la edad de la Tierra basado en la informacion existente hasta la fecha Y justamente esta noche nos referimos a cambios en los datos que sustentan esa profecia el radio De repente Kelvin me dirigio una mirada furibundaRutherford 1939 Rutherford supuso que la velocidad de decaimiento del radio determinada por Ramsay y Soddy era correcta y que el helio quedaba atrapado en la muestra sin poder escaparse Si bien estas suposiciones de Rutherford no eran correctas el modelo igual permitio avanzar en la direccion correcta Boltwood se concentro en los productos finales de las cadenas de decaimiento En 1905 sugirio que el plomo era el producto estable final en el que terminaba la cadena de decaimiento del radio Ya se conocia que el radio era un producto intermedio en la cadena de decaimiento del uranio Rutherford contribuyo imaginando un proceso de decaimiento mediante el cual el radio emitia cinco particulas alfa mediante varios productos intermedios para terminar en plomo y penso que era probable que la cadena de decaimiento radio plomo pudiera ser utilizada para fechar muestras de rocas Boltwood realizo los calculos y hacia finales de 1905 habia estimado la edad de 26 muestras de rocas obteniendo valores entre 92 y 570 millones de anos Sin embargo tuvo suerte al no publicar inmediatamente sus resultados ya que tenian varios errores de medicion y el uso de un valor incorrecto para la vida media del radio Boltwood refino su trabajo y finalmente publico sus resultados en 1907 5 El trabajo de Boltwood enfatizaba que muestras tomadas de estratos comparables tenian relaciones de uranio plomo que eran similares y que las muestras de estratos mas antiguos tenian una mayor proporcion de plomo excepto en aquellos casos en los que habia evidencia que el plomo habia escapado de la muestra Sin embargo sus estudios eran erroneos porque por aquella epoca no se comprendia completamente la cadena de decaimiento del torio lo que hacia que se obtuvieran resultados incorrectos en las muestras que contenian uranio y torio Sin embargo sus calculos eran mucho mas precisos que todos los realizados hasta aquel momento Utilizando esta tecnica junto con algunos refinamientos Boltwood calculo que sus 26 muestras de roca tenian edades entre 250 a 1300 millones de anos Arthur Holmes desarrolla la datacion radiometrica Editar Si bien Boltwood publico su trabajo en una importante revista especializada en temas de geologia la comunidad geologica tenia poco interes por la radiactividad Por ello Boltwood no dedico mas esfuerzos al fechado radiometrico y se dedico a investigar otras cadenas de decaimiento Por su parte si bien Rutherford mantuvo algo de interes en el tema de la edad de la Tierra no hizo mayores trabajos sobre el mismo Hasta 1910 Robert Strutt continuo trabajando sobre el metodo de helio de Rutherford para finalmente abandonar el tema Sin embargo Arthur Holmes un discipulo de Strutt se intereso por el fechado radiometrico y siguio trabajando en el mismo cuando el resto de los cientificos lo habian abandonado Holmes se concentro en el fechado por plomo ya que no tenia muchas esperanzas en el metodo del helio Realizo mediciones sobre muestras de rocas y en 1911 llego a la conclusion que la mas antigua una muestra de Ceilan tenia una edad de 1600 millones de anos 16 Estos calculos no eran particularmente confiables ya que por ejemplo supuso que al momento de solidificarse la roca las muestras habian contenido unicamente uranio y nada de plomo Y mas importante aun en 1913 se publicaron resultados que mostraban que los elementos se presentaban en diversas variantes con diferentes masas o isotopos Para la decada de 1930 se demuestra que los isotopos tenian nucleos formados con distinto numero de particulas neutras llamadas neutrones Ese mismo ano otros trabajos publicados presentan las leyes que siguen los decaimientos radiactivos permitiendo de este modo una identificacion mas precisa de las cadenas de decaimiento Muchos geologos consideraban que estos nuevos descubrimientos hacian al fechado radiometrico tan complicado que lo tornaban inservible Para Holmes esto le daba herramientas mas poderosas para mejorar sus tecnicas y continuo avanzando con sus trabajos realizando publicaciones antes y despues de la Primera Guerra Mundial Su trabajo fue ignorado hasta la decada de 1920 si bien en 1917 Joseph Barrell un profesor de geologia de Yale reescribio la historia geologica para ajustarla a los hallazgos de Holmes utilizando el fechado radiometrico Las investigaciones de Barrell determinaron que las capas de estratos se habian formado con distintas velocidades y por lo tanto era incorrecto utilizar las velocidades actuales de cambios geologicos para inferir las fechas de la evolucion de la historia de la Tierra La persistencia de Holmes finalmente comenzo a dar frutos hacia 1921 cuando en la reunion anual de la Asociacion Britanica para el Avance de la Ciencia los miembros establecieron por consenso que la edad de la Tierra era de unos pocos miles de millones de anos y que la tecnica de fechado radiometrico era creible Holmes publico su obra The Age of the Earth an Introduction to Geological Ideas en 1927 en la que establecia un rango entre 1600 a 3000 millones de anos 17 De todas formas luego de estos eventos no se percibio un gran movimiento en pos de promocionar el fechado radiometrico que parecia ser resistido por los miembros mas recalcitrantes de la comunidad de geologos Ellos desconfiaban de los intentos de los fisicos de entrometerse en sus dominios y hasta ahora los habian logrado ignorar con exito El gran peso de la evidencia finalmente tuvo su efecto y en 1931 el National Research Council de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos finalmente decidio resolver el tema de la edad de la Tierra y para ello designo un comite para que investigara el tema Dado que Holmes era una de las pocas personas que tenia un conocimiento de las tecnicas de fechado radiometrico fue invitado a formar parte del comite y de hecho la mayoria del informe final es de su autoria 17 El informe expresaba que el fechado radiometrico era el unico metodo confiable de determinar las secuencia de tiempos geologicos El amplio detalle y precision del informe sustentaban la conclusion del mismo El informe describia los metodos a ser usados el cuidado a tener para realizar las mediciones y las incertezas y barras de error resultantes El uso de meteoritos Editar El valor de 4555 millones de anos fue calculado por C C Patterson utilizando el fechado mediante isotopos de la cadena de decaimiento uranio plomo especificamente fechado plomo plomo basandose en varios meteoritos incluido el meteorito del Canon del Diablo este valor fue publicado en 1956 4 Diagrama de decaimiento isocrono del isotopo del plomo con datos utilizados por Patterson para determinar la edad de la Tierra en 1956 La edad de la Tierra indicada en parte se basa en el meteorito de Canyon Diablo por varias razones y se apoya en el conocimiento de la quimica del cosmos adquirido en varias decadas de investigaciones La mayoria de las muestras provenientes de la Tierra no permiten determinar en forma directa la fecha en que se formo la Tierra a partir de la nebulosa solar debido a que la Tierra ha sufrido procesos que determinan la presencia de su nucleo el manto y la corteza A su vez estos elementos han atravesado una larga historia de procesos de mezclado y dispersion como la tectonica de placas erosion y circulacion hidrotermal Todos estos procesos pueden afectar en forma negativa el fechado por metodos radiometricos ya que pueden comprometer la caracteristica de la muestra al anular la suposicion que la misma ha permanecido como un sistema cerrado Esto se refiere al hecho de que o el nucleido padre o el hijo o algun nucleido hijo intermedio pueden haber salido en forma parcial de la muestra lo que resultaria en un calculo incorrecto de su edad Para mitigar este efecto es usual fechar varios minerales de la misma muestra para obtener un isocrono Alternativamente es posible utilizar en algunas muestras mas de un sistema de fechado lo que permite aumentar la certeza sobre el calculo Se considera que algunos meteoritos representan el material primitivo a partir del cual se formo el disco solar de acrecion Algunos de estos meteoritos se han comportado como sistemas cerrados por lo menos para ciertos isotopos muy poco tiempo despues de que se formaron el disco solar y los planetas Estas suposiciones han sido confirmadas por observaciones cientificas y numerosos fechados mediante isotopos y es una hipotesis mas robusta que suponer que una roca terrestre ha retenido su composicion original Sin embargo se han usado rocas minerales de plomo arcaicas de galena para estimar la edad de la Tierra ya que las mismas son los mas antiguos minerales formados solo a base de plomo en el planeta y poseen informacion sobre los mas antiguos sistemas de isotopos homogeneos plomo plomo del planeta Mediante este metodo es que se obtuvo la edad de la Tierra de 4540 millones de anos con un margen de error menor al 1 45 millones de anos 18 Vease tambien EditarEdad del Universo Escala temporal geologica Fechado radiometrico Futuro de la Tierra Historia de la Tierra Historia de la geologiaHistoria NaturalReferencias Editar Rudge John F Kleine Thorsten y Bourdon Bernard 2010 Broad bounds on Earth accretion and core formation constrained by geochemical models Nature Geoscience 3 439 443 Consultado el 22 de abril de 2010 La Tierra es mas joven de lo que se pensaba BBC Mundo Ciencia y Tecnologia 2010 Consultado el 12 de julio de 2010 Age of the Earth U S Geological Survey 1997 Consultado el 10 de enero de 2006 a b Patterson 1956 pp 230 237 a b Boltwood 1907 pp 77 88 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