Datación radiométrlca (datación radiactiva)

El método más seguro para obtener la «edad» de una roca; se basa en la observación de que el periodo de desintegración de un elemento radiactivo es constante (Edad de la Tierra). Los primeros métodos utilizaban minerales de uranio y torio como materiales de referencia, y evidenciaban que el tiempo geológico total era de por) o menos 2.000 millones de años. El conocimiento de los procesos radiactivos, desarrollados a partir de 1939, ha dado como resultado la existencia de refinadas técnicas de datación radiactiva, que hoy en día son procesos de rutina.

El principio básico que preside todos los métodos es que un elemento radiactivo «padre» pasa a ser un elemento «hijo» estable en una proporción constante.

1. El período de desintegración λ (cte. radiactiva) es una fracción del número de atomos iniciales del elemento padre que se desintegran en unidad de tiempo (en Geología la unidad de tiempo es el año). Una forma similar de expresar el fenómeno es lo que se denomina período de vida media (T), que es el período de tiempo necesario para que la mitad de tos átomos del elemento «padre» se desintegren: la relación entre T y λ es T=0,693/λ .

2. Para poder utilizar un elemento radiactivo para datación es esencial conocer T o λ con exactitud. Si, conociendo esta constante, se hace un análisis químico de los elementos «padre» e «hijo» se puede medir el período de tiempo transcurrido. Para minimizar fuentes de error es necesario utilizar minerales que contengan sólo pequeñas proporciones de elementos «padre» e «hijo», y, por lo tanto, ha sido necesario inventar técnicas analíticas de la máxima sensibilidad y precisión.

Debe tenerse en cuenta que la desintegración de «padre» e «hijo» puede tener lugar en una o varias etapas. Se pueden cometer graves errores si se introduce o quita un elemento «padre», intermedio, o «hijo» en cualquier etapa, del sistema. La presencia inicial de elementos «hijos», de origen no radiactivo, puede dar lugar a resultados erróneos.

En realidad, las dataciones más precisas son las que se obtienen a partir de rocas ígneas, principalmente porque el momento de cristalización del mineral es un punto de partida muy definido. Sin embargo, es difícil relacionar edades extraídas de rocas ígneas intrusivas a una escala estratigráfica.

Estos métodos también pueden aplicarse a rocas metamórficas que, en general, dan una edad del último suceso metamórfico ocurrido. Los intentos de datar los minerales autígenos en sedimentos (p. ej., glauconita) han dado, en alguna manera, resultados inconsistentes, excepto bajo condiciones muy favorables. Los sistemas radiactivos más importantes que se utilizan actualmente con este fin son los siguientes:

Método uranio - plomo: Se pueden utilizar dos isótopos del uranio:

U²³⁸ dando Pb²⁰⁶+8He⁴

y U²³⁵ dando Pb²⁰⁷+7He⁴

La vida media de estos procesos es de 4.498 y 713 millones de años, respectivamente. Al principio se utilizó la acumulación de helio para medir el tiempo, pero esto fracasó debido a la facilidad con la que el helio escapa de la roca. Actualmente el zircón, que generalmente contiene pequeñas trazas de uranio, es el mineral preferido para esta determinación, ya que la cantidad de plomo (i.e. la cantidad de plomo no radiactivo) original es muy baja y el mineral es muy resistente, previniendo la lixiviación del uranio.

Torio - plomo: Th²³² da Pb²⁰⁸ + 6He⁴, vida media 13.900 m.a. (m.a. = millones de años). Por una u otra razón, este método da resultados dispares, por lo que nunca se consideran definitivos.

Plomo – plomo: Debido a que el Pb²⁰⁷se acumula aproximadamente seis veces más de prisa que el Pb²⁰⁶ se puede obtener una edad, si nos basamos en que el material a datar, en principio, no tenía ninguno de estos dos isótopos del plomo. El plomo (Pb²⁰⁴) no radiactivo se encuentra siempre asociado con el Pb²⁰⁶ y Pb²⁰⁷ en las menas de plomo. En la suposición de que todo el Pb²⁰⁶ y Pb²⁰⁷ sea radiactivo, se puede obtener una estimación de la edad de la tierra desde que la corteza cristalizó, por comparación de la proporción de isótopos en las menas de plomo en las distintas eras geológicas.

Potasio - argón: 11% de K⁴⁰ da A⁴⁰, el 89% restante da Ca⁴⁰: las vidas medias de estos dos procesos son 11.850 m.a. y 1.470 m.a. respectivamente. Desgraciadamente, el sistema K⁴⁰ → Ca⁴⁰ es difícil de utilizar, debido a la abundancia, en condiciones normales, de Ca no radiactivo. Sorprendentemente, el sistema K⁴⁰ → A⁴⁰ da buenos resultados (aunque el argón es un gas y pudiera pensarse que se escapa fácilmente) si se eligen cuidadosamente los materiales a estudiar. Empleando técnicas muy refinadas, es posible utilizar minerales que sólo contengan pequeñas cantidades de potasio.

Este método se ha utilizado en la datación de la glauconita.

Rubidio – estroncio: Rb⁸⁷da Sr⁸⁷: vjda media de aproximadamente 50.000 m.a. Debido a esta vida media tan grande, se utiliza principalmente el método para rocas Precámbricas, aunque también se ha utilizado pata algunas Paleozoicas. Es un método particularmente valioso para rocas metamórficas. Como el Rb y Sr son elementos poco abundantes, la contaminación con Sr primario o con pérdida de Rb o Sr del sistema es bastante difícil que ocurra y hace que el método sea bastante consistente.

Carbono 14: N¹⁴ (en la atmósfera) se convierte en C¹⁴ como resultado de reacciones de los rayos cósmicos. El C¹⁴ es radiactivo y su vida media es de 5.570 años, degenerando de nuevo en N¹⁴. Esta vida media tan corta hace el sistema especialmente útil para datar materiales relativamente recientes, hasta 70.000, años. Todos los organismos toman C¹⁴, y se puede demostrar que se mantiene un nivel constante de este isótopo en todos los seres vivos. Con la muerte, la toma de C¹⁴ concluye y su proporción desciende en una razón Constante. Conociendo la concentración inicial, la proporción actual y la constante de desintegración se puede obtener una edad correcta, ± 5 %. La combustión de hidrocarburos fósiles que no contienen C¹⁴ ha diluido el contenido actual de C¹⁴ en la atmósfera; por otro lado, las explosiones nucleares han aumentado ligeramente la concentración. El resultado es que las plantas actuales contienen ligeramente menos C¹⁴ que las de hace un siglo.

Debería de tenerse en cuenta que las edades obtenidas, por diferentes métodos, de un mismo material presentan generalmente alguna discrepancia. Se puede anticipar que las mejoras en las técnicas Ias irán eliminando.

Tal como dijo el Comité de la Medida del Tiempo Geológico (Committe on the Measurement of Geological Time) en 1950, «estos números (i.e. edades) son, al igual que los horarios de trenes, modificables sin previo aviso».