La datación radiométrica es un procedimiento técnico empleado para determinar la edad absoluta de rocas, minerales y restos orgánicos (paleontológicos). El método se basa en las proporciones de un isótopo «padre» y de uno o más descendientes de los que se conoce su semivida o periodo de semidesintegración, contenidos en la muestra que se va a estudiar. Los isótopos propicios para analizar dependen del tipo de muestra y de la presunta antigüedad de lo restos que se quieran datar. Ejemplos de estas técnicas son:1 K/Ar, U/Pb, Rb/Sr, Sm/Nd, etcétera.
Un caso particular es la datación por carbono radiactivo (basada en la desintegración del isótopo carbono 14), comúnmente utilizada para la datación de restos orgánicos relativamente recientes, de hasta 60 000 años.
La datación radiométrica se viene realizando desde 1905, cuando fue inventado por Ernest Rutherford como un método por el cual determinar la edad de la Tierra. Desde entonces las técnicas han sido enormemente mejoradas y ampliadas .
Ecuación de datación
En el caso más simple, en el que un isótopo padre se desintegra en un isótopo hijo estable, se aplica una expresión matemática que relaciona los períodos de semidesintegración y el tiempo geológico tal que:
edad de la muestra.
constante de desintegración radiactiva del isótopo padre.
logaritmo neperiano o natural.
número de átomos del isótopo hijo existentes en la muestra (= n.º de átomos padre que han decaído radioactivamente).
cantidad de isótopos padre presentes en la muestra.
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 cuales se tienen en cuenta múltiples decaimientos posibles.
Vida media y constante de semidesintegración
Se denomina vida media de un radioisótopo a la duración promedio de un isótopo radiactivo previa a su desintegración. Es igual a la inversa de la constante de desintegración radiactiva: 
.
.
Al tiempo que transcurre hasta que la cantidad de núcleos radiactivos de un isótopo radiactivo se reduce a la mitad de la cantidad inicial se le denomina periodo de semidesintegración, periodo, semiperiodo o semivida (no confundir con vida media): 
.
.
Al fin de cada período de semidesintegración la radiactividad se reduce a la mitad (de la inicial). A cada radioisótopo corresponde un período de semidesintegración característico, en general diferente de los respectivos de otros isótopos.
Ejemplos:
| Isótopo | Período | Emisión |
|---|---|---|
| Uranio-238 | 4 510 millones de años | Alfa |
| Carbono-14 | 5 730 años | Beta |
| Cobalto-60 | 5,271 años | Gamma |
| Radón-222 | 3,82 días | Alfa |
La datación radiométrica
Los geólogos utilizan la datación radiométrica para estimar cuánto tiempo hace que se formaron las rocas y para inferir la edad de los fósiles que esas rocas contienen.
Los elementos radiactivos se desintegran
El universo está lleno de elementos radiactivos de origen natural. Los átomos radiactivos son inestables por naturaleza; a lo largo del tiempo, los «átomos padre» se desintegran en productos estables.
El universo está lleno de elementos radiactivos de origen natural. Los átomos radiactivos son inestables por naturaleza; a lo largo del tiempo, los «átomos padre» se desintegran en productos estables.
Cuando la roca fundida se enfría forma las llamadas rocas ígneas y los átomos radiactivos quedan atrapados en su interior. Después, estos átomos radiactivos se van desintegrando a una velocidad predecible. Midiendo la cantidad de átomos inestables que quedan en una roca y comparándola con la cantidad de átomos estables que hay en la roca, los científicos pueden estimar el tiempo que ha transcurrido desde que se formó esa roca.
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Los fósiles entre las rocas
En general, los fósiles se encuentran en las rocas sedimentarias, no en las rocas ígneas. Las rocas sedimentarias pueden datarse utilizando el carbono radiactivo pero, debido a que el carbono se desintegra relativamente rápido, este método sólo funciona en rocas de menos de 50 mil años.
En general, los fósiles se encuentran en las rocas sedimentarias, no en las rocas ígneas. Las rocas sedimentarias pueden datarse utilizando el carbono radiactivo pero, debido a que el carbono se desintegra relativamente rápido, este método sólo funciona en rocas de menos de 50 mil años.
Por lo tanto, para datar la mayoría de los fósiles más antiguos, los científicos buscan yacimientos de roca ígnea o ceniza volcánica por encima y por debajo del fósil. Datan la roca ígnea utilizando elementos que se desintegran lentamente, como el uranio y el potasio. Mediante la datación de estas capas que lo rodean se puede averiguar cuál es la edad más moderna y la más antigua que podría tener ese fossil. Con esta metodologia, pueden delimitar la edad de la capa sedimentaria en la que se encuentran los fósiles.
La dendrocronología, del griego δένδρον (árbol), χρόνος (tiempo) y λόγος (estudio), es la ciencia que se ocupa de la datación de los anillos de crecimiento de las plantas arbóreas y arbustivas leñosas. Basada en el patrón de crecimiento de anillos, la dendrocronología analiza patrones espaciales y temporales de procesos biológicos, físicos o culturales.
Esta técnica fue inicialmente desarrollada durante el siglo XX por A. E. Douglass, fundador del Laboratory of Tree-Ring Research(Laboratorio de Investigación de los Anillos de los Árboles), en la Universidad de Arizona. Gracias a ella, es posible fechar en forma aproximada la edad de la madera y, de modo aún más impreciso, la evolución del clima en el pasado.
El proceso ha sido utilizado también para establecer la edad de Ming, el nombre por el cual se conoce el animal más longevo del que se tenga registro, una almeja de Islandia (Arctica islandica).
Antecedentes históricos
Teofrasto (322 a. C.), en su libro De historia plantarum (Historia de las plantas), fue el primero en mencionar la existencia de los anillos de árboles y el hecho de que se formen anualmente, aunque esto último no fue aceptado por los botánicos modernos hasta principios del siglo XIX . En el siglo XV, Leonardo da Vinci reconoció la relación entre los anillos y las precipitaciones atmosféricas en el periodo vegetativo: “Los anillos en los troncos de árboles cortados muestran los años y, según su espesor, años más o menos secos...”
El uso de los anillos de crecimiento para datar fenómenos climáticos comenzó en Francia en 1737, con Duhamel y Bufol, y en 1745, en Suecia, Linnneus, quienes contando los anillos hacia el pasado dataron una fuerte helada ocurrida en 1708-09, usando sólo un ejemplar. Más tarde, en 1783, Burgsdorf (padre del co-datado, según Studhalter) examinó varios ejemplares y llegó a la misma conclusión, En 1827, Twining redescubrió este fenómeno. Se dio cuenta de que, durante todo el periodo de su crecimiento, cada árbol llevaba un registro de las estaciones y que todos los árboles de un mismo lugar «contaban la misma historia».
A partir de esa data varios botánicos comenzaron a estudiar los anillos de árboles como potencial herramienta para conocer la historia de los bosques. En la segunda mitad del siglo XIX, Hartig impulsó enormemente la investigación de la dendrocronología en Europa gracias a una clara concepción del desarrollo de los anillos a través de un detallado estudio sobre los efectos de las heladas y de los daños por actividad de insectos.
Sin embargo, la dendrocronología como ciencia, debe ser atribuida al astrónomo americano A. E. Douglass. A la edad de 27 años, Douglass estaba trabajando en el Observatorio Lowell, en Flagstaff, Arizona. Él pensaba que la actividad de las manchas solares podían influenciar el clima en la Tierra y estaba buscando relación entre la actividad cíclica de las manchas solares y el comportamiento de las precipitaciones pluviales.
En 1914 logró construir una cronología compuesta de 500 años de Pinus ponderosa y en 1937 fundó el Laboratory of Tree-Ring Research, en la Universidad de Arizona. En Europa fue el biólogo alemán Bruno Huber quien comenzó a desarrollar esta disciplina durante la primera mitad del siglo XX, pero pasaron más de 30 años de la fundación del primer laboratorio para que en el resto del mundo se establecieran institutos semejantes.
Debido a escasez y discontinuidad de la base de datos meteorológicos, su búsqueda lo llevó a indagar períodos en las secuencias de anchura de anillos que tuviesen relaciones con la actividad solar en la formación de las manchas solares; descubrió entonces en 1901 una posible relación entre los factores climáticos y el crecimiento radial de árboles. Observó que se podía incluso determinar el año calendario exacto a aquellas muestras de edad desconocida, correlacionándolas con una cronología–anchura de anillos previamente fechada.
Diferentes disciplinas
La dendrocronología resulta compuesta por numerosas sub-disciplinas, según la información que se quiere obtener de las series dendrocronológicas.
Dendroarqueología
Se encarga de fechar el último anillo formado en maderas arqueológicas para determinar, por ejemplo, el año exacto en el cual un árbol fue abatido, transportado, trabajado y usado en la construcción de edificios u objetos. En muchos casos es una herramienta complementaria que permite verificar si los demás elementos hallados en ciertos sitios históricos han sido bien fechados.
Utiliza anillos de crecimiento fechados para estudiar problemas ecológicos y ambientales. La información que brindan las cronologías de anchos de anillos se pueden aplicar al estudio de eventos ecológicos específicos; trastornos pasados del bosque y su significado (ej. ataque de plagas, incendios); identificación de variaciones en la población animal relacionadas con el clima y comportamiento de dichos animales, entre otras.
Según Schweingruber, la dendroecología incluye todas las ramas de la ciencia involucradas en reproducir algún tipo de información ambiental a partir de secuencias de anillos de árboles, dentro del campo de la climatología, hidrología, geomorfología, glaciología, nivología, etcétera.
Dendrohidrología
Utiliza anillos anuales datados para estudiar y fechar problemas hidrológicos, tales como el caudal de los ríos, los cambios de nivel de agua en lagos y embalses, y la historia de las inundaciones.
Dendrogeomorfología
A partir de anillos de crecimiento estudia procesos geomorfológicos tales como movimientos y deslizamientos de terreno, procesos de solifluxión, etcétera.
Dendroclimatología
El objetivo de esta disciplina, la más desarrollada dentro de la dendrocronología, es estudiar y reconstruir el clima del pasado y del presente, a partir de secuencias de anillos de árboles. Harold C. Fritts es un clásico en el estudio de la dendrocronología aplicada a las reconstrucciones climáticas; una de sus mayores contribuciones es el libro Tree Rings and Climate. Otro gran referente es Edward Cook, quien desarrolló en su tesis de doctorado los modelos estadísticos basados en series temporales de anillos de árboles.
Luego Richard Holmes se encargó de elaborar los programas de computadora para la manipulación de los datos sobre la base de los modelos estadísticos de Cook. Una gran diferencia con otras ciencias que analizan datos paleoclimáticos es la precisión que se logra al llegar a la fecha exacta en que ocurrió el suceso en cuestión. Indudablemente el trabajo de Cook y Holmes ha contribuido sustancialmente a la precisión y sencillez de esta técnica.
Metodología dendrocronológica
Para analizar los anchos de anillos, se utilizan muestras de barreno, extraídas a una altura de 1,30 m y rodajas. Luego las muestras se dejan en el laboratorio de manera tal que lleguen a un equilibrio con las condiciones higrotérmicas del ambiente. Las muestras, en un segundo momento, se ponen en una porta-muestra con los anillos perpendiculares al plano de soporte y luego se lijan, de manera tal que se puedan evidenciar los anillos.
La lectura de los anillos se efectúa siempre en dirección radial, desde el cámbium hacia el interior. Las lecturas de las muestras se definen como «cronología elementales». A fin de verificar la precisión de la lectura y para relevar la presencia de anomalías xilológicas, como anillos faltantes o falsos anillos, las cronologías elementales se confrontan a través de procesos de sincronización visual y estadística: a esto se denomina «cofechado», principio básico de la dendrocronología y técnica que asegura que a cada anillo se le ha dado la fecha exacta de su formación.
Se logra ajustando patrones de anillos anchos y estrechos entre tarugos del mismo árbol y de árboles del mismo sitio o región. Una vez que las cronologías elementales presenten un buen grado de sincronización, se puede proceder con el análisis de las mismas. Luego las cronologías se promedian aritméticamente a fin de obtener una cronología representativa del sitio examinado.
Desarrollo de la dendrocronología en las últimas décadas
Antes de describir algunos ejemplos de los diferentes aportes de esta disciplina, es conveniente resaltar el aumento en la importancia de la misma en los últimos tiempos. Una de las formas de apreciar este aumento es tomar en cuenta la cantidad de publicaciones en revistas científicas del mundo. Se observa un crecimiento exponencial con una magnitud de 3,5 veces más publicaciones que en la década del 70, estabilizándose en las últimas dos décadas en 300 a 350 publicaciones científicas por año. En Sudamérica este aumento comenzó algo más tarde, durante 1980 y 1990, cuando comenzaron a formarse muchos dendrocronólogos en Chile y Argentina y por lo tanto las investigaciones en temas dendrocronológicos y el número de publicaciones crecieron exponencialmente.
Cronologías de miles de años
El avance en el conocimiento de la técnica y la existencia de algunas especies muy longevas han permitido elaborar extensas cronologías a partir de los anillos de crecimiento. El pino de conos erizados: Pinus longaeva y P. aristata (bristlecone, en inglés) es la especie más longeva del mundo. Crece en California, Estados Unidos. Es de crecimiento lento y gran productor de resina, lo cual le confiere gran resistencia a hongos y por lo tanto buena conservación. Usando esta especie se ha logrado elaborar cronologías superiores a 8 000 años.
Reconstrucción climática
Gracias a la dendrocronología ha sido posible reconstruir las variaciones climáticas a lo largo de los últimos siglos, herramienta muy valiosa sobre todo en América del Sur donde, debido a problemas estructurales, los registros climáticos no cubren todo el territorio y no abarcan gran extensión temporal.
Por ejemplo, a partir de cronologías de la segunda especie más longeva del mundo, Fitzroya cupressoides (alerce), endémica del sur de Chile y Argentina, se realizó la reconstrucción de temperatura más larga publicada hasta la fecha: 3 622 años.
Gracias a esta reconstrucción se pudieron datar, además, incendios y turnos de cortas de esta especie, contribuyendo así a la conservación de la misma, explotada por años debido a su gran valor maderero.
Manejo sostenible
La dendrocronología resulta además una herramienta muy útil en los estudios de manejo forestal sustentable. A diferencia de la metodología de las PPM (parcelas permanentes de muestreo), la dendrocronología permite obtener, de manera fácil, a corto plazo y económica, datos sobre el incremento anual de crecimiento más precisos que la simple toma, a lo largo de los años, de los valores de diámetro de troncos. De esta manera es posible calcular la velocidad de crecimiento radial y deducir entonces los volúmenes aprovechables de madera por hectárea y los turnos de corta.
Isótopos
Comparando la relación 12C/13C (carbono 12/carbono 13) en anillos de crecimiento, se puede analizar la eficiencia de las plantas en el uso de agua en años sucesivos. La relación 16O/18O (oxígeno 16/oxígeno 18) comparada con12C/13C permite deducir, por ejemplo, si un aumento en la eficiencia en el uso de agua está relacionado con un incremento en la tasa fotosintética del período estudiado.
Otra de las aplicaciones es la relación H–D (hidrógeno–deuterio), que posibilita conocer la fuente de agua que una especie está utilizando, por ejemplo si absorbe agua freática (subterránea) o agua superficial, en diferentes años.
Aporte a la Bioclimatología
La dendrocronología permite, además, una nueva localización de franjas bio-climáticas altidudinales y espaciales gracias a la relación existente entre crecimiento radial y factores climáticos. En Europa se han desarrollado varios estudios, en Fagus sylvatica L., que históricamente presenta buena respuesta al clima.
Generalmente se acepta que la franja altitudinal del bosque está determinada por la temperatura de la estación de crecimiento, pero estudios en regiones subtropicales de Argentina sugieren que, en estas latitudes, las precipitaciones pluviales controlan el crecimiento en altitudes elevadas.
Proxy – teledetección – NDVI
En años recientes, además, la dendrocronología ha sido utilizada como un «proxy» valioso para la reconstrucción de variaciones de la biomasa y de la productividad primaria, en un marco de estudio sobre el cambio climático global y/o acerca de variaciones en los últimos decenios del estado de la vegetación. Gracias al uso de índices verdes como el NDVI (índice de vegetación de diferencia normalizada), las relaciones encontradas entre crecimiento y clima así como productividad y clima han permitido reconstruir hacia el pasado las variaciones del NDVI, que se pueden medir solo por las últimas dos o tres décadas en virtud de disponibilidad de imágenes satelitales relativas al mismo período.
Desafíos
Una de las limitaciones de esta técnica es encontrar especies que formen anillos con resolución anual, donde sea posible distinguir los anillos anuales y poder así fechar correctamente las muestras y construir cronologías. Aunque en regiones templadas hay árboles que no forman anillos, esto es especialmente difícil en zonas tropicales húmedas debido a la uniformidad climática anual. No obstante existen evidencias científicas de muchas especies de árboles tropicales que forman anillos de crecimiento anual, más aún, han sido estudiadas para estudiar el clima o la dinámica de los bosques tropicales (Swietenia macrophylla, Simarouba amara, Cordia alliodora,Rhizophora mangle, por citar solo unas pocas).
En regiones tropicales y subtropicales áridas (particularmente en el Altiplano Andino) se ha logrado desarrollar recientemente cronologías extensas y con marcada señal climática, a partir de Polilepys tarapacana.
Es importante incluir más especies y sitios en estas regiones, para comparar con registros del resto del continente y entender mejor los regímenes de precipitación y fenómenos de circulación atmosférica.
Por último, si bien existe una gran cantidad de estudios en zonas templadas y subtropicales, hay todavía muchas regiones donde no se han realizado cronologías a partir de anchos de anillos, principalmente en el hemisferio Sur.
Incluso en regiones donde se disponen de algunas reconstrucciones se hace necesario extender los registros existentes a fin de poder entender mejor los procesos involucrados. Las especies arbustivas leñosas son de interés en zonas más áridas o con escasez de árboles; avances en este sentido son también necesarios debido a la poca importancia que se ha dado a estas especies. Resulta de gran interés ampliar los estudios dendroecológicos a fin de entender mejor la relación entre los procesos fisiológicos y la señal que manifiestan los anillos, para poder comprender además la estabilidad de esta señal en el tiempo.
Los anillos reflejan mejor su historia y la de su ambiente en la estación de crecimiento, por lo tanto la información de lo sucedido durante la estación fría es menos confiable. Esta técnica tiene resolución anual, es decir que se hace mucho más difícil estudiar o analizar sucesos mensuales. Surgen además otras limitaciones pero no provienen de la técnica misma como la necesitad de obtener muestras de parques nacionales, sobre todo cuando es necesario muestrear rodajas enteras (ej. algarrobo). Otra dificultad es representada por las características de la madera, a veces muy dura y que exige utilizar herramientas como motosierra o barreno a motor.
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