Arqueología

Datación cronométrica de la Tierra

El tiempo geológico del planeta contempla todo el tiempo transcurrido desde el nacimiento de la Tierra hasta el momento presente. Durante décadas, la determinación de la edad de la Tierra y de los materiales geológicos ha sido uno de los mayores problemas encarados por ciencias como la geología, paleontología, paleogeografía o la antropología. Poco a poco se han ido descubriendo métodos de datación para situar de manera relativa o absoluta el material estudiado -como podían ser estratos, glaciares, vestigios, u otros restos históricos-.

Métodos de datación relativa

Estos recurren a la ordenación en el tiempo de los materiales según su posición en el medio terrestre. Es decir, en un yacimiento se podrán ver como más antiguos los fósiles encontrados más al fondo -en el interior-, y como más recientes los encontrados en la parte superior. Este sería pues un método simplemente deductivo y claramente relativo ya que no se pueden situar los elementos a datar en una escala cronológica.

• La superposición de estratos y su ordenación consecutivamente sería un método de datación relativa teniendo en cuenta de que los más antiguos están debajo de los más recientes. No produce medidas directas de tiempo, pero ha sido muy empleado para la datación de estratos sedimentarios.

Datación cronográfica

La dendrocronología

Este método se basa en el estudio de los anillos anuales de los árboles, aplicable también a los fósiles. Año tras año, los árboles van aumentando el diámetro de su tronco debido al paso del invierno para protegerse del frío y fortalecer su crecimiento (pudiendo ser este proceso más o menos notable), generando con ello nuevos anillos. Así pues, con el estudio del número y grosor de los anillos se deduce el tiempo transcurrido y las condiciones de vida del vegetal. Gracias a yacimientos ininterrumpidos de fósiles se puede abarcar una datación relativa de hasta 11.000 años.

Otros métodos

• Principio de sucesión biotica: los organismos fosiles se sucedieron unos a otros en un orden definido y determinable.

Como dato explicativo, gracias a las partes duras de ciertos animales -por ejemplo conchas- se conseguirán datos cronográficos debido a sus sucesivos recubrimientos. De ahí se dedujo la variación en el número de días que poseía un año en diferentes periodos geológicos. Lostetracorales del Devónico por ejemplo, presentarán 396 anillos -o días-, los del Silúrico 402, los del Cámbrico 424.

• El estudio del polen, puede abarcar cronologías con antigüedades de entre 12.000 y 15.000 años.
• El Principio de horizontalidad original significa que las capas de sedimentos se sitúan en una posición horizontal, esto quiere decir, que si un estrato está plano, no ha sufrido perturbación y mantiene su horinzotalidad original.
• Principio de intersección: la falla o la intrusión es más joven que la roca afectada.
• Las inclusiones proporcionan otro método para datar.En este caso, la masa de rocas adyacentes a la que contiene la inclusión debe haber estado allí primero para proporcionar los fragmentos de roca,es decir, la que contiene la inclusión es la más joven.

Métodos de datación absoluta

Actualmente disponemos de procedimientos cronográficos y cronométricos basados en el estudio en detalle de estratos, cálculos astronómicos y métodos físico-químicos, permitiéndonos determinar la edad absoluta -la edad absoluta de una roca es el tiempo transcurrido desde su formación hasta nuestros días-.

Cronografía de varvas

Es un método estratigráfico que permite establecer medidas de años absolutas. Se basa en el estudio de lagos glaciares, dando medidas absolutas al seguir activos o relativas al haber desaparecido con el tiempo, quedando la huella de su presencia en forma de depósitos sedimentarios. Se estudia la deposición de arcillas y depósitos limosos, dispuestos en estratos. Estos vienen a ser más claros cuando están compuestos por limos y arenas (depositados en verano), y más oscuros y arcillosos, con presencia de residuos orgánicos (depositados en invierno). El conjunto de un estrato de verano y otro de invierno constituye una varva. El número total facilita pues un valor de tiempo total absoluto o relativo. Este procedimiento abarca datos cronométricos de hasta 25.000 años, limitándose a regiones donde se hayan producido dichos estratos (presencia de lagos glaciares).

Dataciones astronómicas

Están basadas en oscilaciones prolongadas de la radiación solar, motivadas por variaciones periódicas de la inclinación del eje de rotación de la Tierra, de la excentricidad de su órbita y del equinoccio. Estas variaciones deben haber alterado las condiciones climáticas del planeta y por tanto se verán reflejadas cronológicamente en el medio, aunque los resultados obtenidos son ambiguos.

Dataciones físico-químicas

Estos son los que aportan los datos más antiguos destacando los métodos de datación radiométrica. Se basan en determinar en las rocas las trazas de elementos radiactivos que contienen. Los elementos químicos se pueden encontrar en la naturaleza bajo distintas formas, todas ellas con el mismo número de protones pero se diferencian en el número de neutrones. La forma más usual es la que conocemos del elemento químico en cuestión, que suele ser más del 95 % del total del elemento presente en la naturaleza. Las otras formas son isótopos estables e isótopos radiactivos. Por ejemplo, el carbono conoce su forma elemental ¹²C, un isótopo estable ¹³C y un isótopo radiactivo¹⁴C. Las técnicas radiométricas se fundamentan en que un isótopo radiactivo va reduciendo su radiactividad de forma constante a partir del momento de la formación de la roca. El segundo supuesto es que los isótopos radiactivos se desintegran irreversiblemente siguiendo unaecuación exponencial:

dP/dt = -xP (siendo P la cantidad de elementos iniciales durante el tiempo t, x el índice de proporcionalidad propio de cada elemento)

Esta relación implica que la velocidad de desintegración del elemento no es constante. Los periodos de pérdida de radiactividad varían de un isótopo a otro, pero para un mismo elemento tienen valores característicos. Gracias a esto se puede definir el periodo desemidesintegración (vida mitad) como el tiempo necesario para que un elemento reduzca su abundancia radiactiva a la mitad. Este tiempo pudiendo ir desde varios segundos hasta 10.000 millones de años. Gracias a estos productos de semidesintegración se puede determinar la edad absoluta de las rocas que contienen los elementos en cuestión. Los diferentes elementos usados en las dataciones físico-químicas son estos:

• El conocido carbono 14, que abarca un espacio máximo de tiempo de 70 000 años.
• El método del plomo, sirviéndose de tres series de desintegración, es también muy empleado. Son utilizados los isótopos uranio 238²³⁸U, uranio 235 ²³⁵U, y torio 232 ²³²Th, todos ellos acaban convirtiéndose en plomo, permitiendo determinar cronologías hasta la era Precámbrica (época a la que también llega el método del hielo).
• El método de potasio-argón, usando el potasio radiactivo ⁴⁰K, convirtiéndose en 11% de Ar y 89% de Ca.
• El método del rubidio-estroncio, se basa en la transformación de ⁸⁷Rb en ⁸⁷Sr, emitiendo partículas beta (ß). Estos y otros elementos químicos de la serie de transición se utilizan para cronologías que van desde los 5000 hasta los 120 000 años.

Todos estos métodos descritos arriba no son muy efectivos en rocas sedimentarias ya que se dividen de otras rocas previamente formadas y sometidas a procesos erosivos: sin embargo, ofrecen buenos resultados en las rocas ígneas. Además, las técnicas y aparatos de medida de estos métodos presentan errores en la determinación volviendo complejo el estudio de los materiales geológicos.

• El método huellas de fisión, se emplea para determinar la edad de micas y feldespatos basándose en un simple recuento de las trazas de desintegración espontánea de núcleos atómicos pesados (como ²³⁸U,²³⁵U,²³²U).

Junto a estos procedimientos radiactivos, los métodos de análisis paleomagnéticos permiten el estudio de materiales volcánicos y se basan en determinar la orientación e intensidad del campo magnético de las rocas que depende de la polaridad de la Tierra en el momento de la formación de dichos materiales.

 datación de huesos es un método para averiguar si un conjunto de huesos encontrados en el mismo nivel estratigráfico están asociados entre sí. Un método útil para estimar si varios huesos asociados en el mismo depósito estratigráfico tienen en realidad la misma edad relativa es el análisis químico, mediante el estudio de sus contenidos de nitrógeno, flúor y uranio. Se basa en el hecho de que dos huesos enterrados en el mismo tipo de sedimento deberían tener las mismas proporciones de flúor, un elemento presente en la tierra y que se disuelve en el agua, de tal manera que puede ser incorporado al fósil con el paso del tiempo.

Comprobación

En el depósito, los huesos pierden gradualmente su contenido en proteínas, especialmente el colágeno. El indicador más útil de esta perdida es el nitrógeno, que en huesos modernos ronda el 4%. La velocidad de esta reacción depende de la temperatura, el contenido bacteriológico, químico y de la humedad del yacimiento arqueológico.

El flúor y el uranio, al contrario, se incrementan con el paso del tiempo. La velocidad de este proceso depende de la cantidad que haya de dichos elementos en las aguas subterráneas que se filtran en el depósito. Los porcentajes de flúor y uranio dependen, como en el caso del nitrógeno, de factores locales.

Así, todos estos índices de cambio son demasiado inciertos para hacer de ellos la base de un método de datación absoluta, no obstante si son útiles a la hora de distinguir huesos de edades distintas encontrados juntos en una misma unidad estratigráfica dentro de un yacimiento.

Ejemplo de aplicación

En los años cincuenta, fue utilizado para desvelar la falsificación de Hombre de Piltdown. Se halló en Sussex en 1912 fragmentos de uncráneo humano y una mandíbula de apariencia simiesca.¹ Se llegó a pensar que se trataba de un «eslabón perdido» entre los humanos y los monos. El hombre de Piltdown (Eoanthropus dawsoni) tuvo un lugar reconocido en los libros de texto hasta 1953, momento en que se descubrió, gracias a este método, que el cráneo era reciente (unos 620 años aproximadamente) y la mandíbula pertenecía a un orangután. Tanto el cráneo como la mandíbula habían sido tratados con un pigmento llamado dicromato de potasio y habían limado los dientes de esta última para que dieran una imagen antigua.

Datación radiocarbónica de huesos

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El hueso es uno de los materiales más enviados a los laboratorios de espectrometría de masas con aceleradores (AMS) para su datación, ya que normalmente son objeto de estudios arqueológicos.

Mucha de la información sobre épocas prehistóricas con la que contamos hoy en día fue recabada gracias a estudios arqueológicos y a la datación radiocarbónica, lo que ha contribuido a un mejor entendimiento de las civilizaciones antiguas.

Componentes del hueso

Un hueso es 30% orgánico y 70% inorgánico. La parte orgánica es proteína, mientras que la porción inorgánica es hidroxiapatita mineral, una mezcla de fosfato de calcio, carbonato de calcio, fluoruro de calcio, hidróxido de calcio y citrato. La proteína, compuesta principalmente por colágeno, proporciona resistencia y flexibilidad al hueso, mientras que la hidroxiapatita mineral aporta su rigidez y estructura sólida.

En teoría, tanto los componentes orgánicos e inorgánicos pueden ser datados. Sin embargo, la estructura de red abierta de la hidroxiapatita hace que ésta esté altamente contaminada por carbonatos de aguas subterráneas. La extracción del carbonato contaminante mediante lavados ácidos diluidos no puede aplicarseporque la hidroxiapatita es soluble en ácido.

Los laboratorios utilizan el componente proteico de las muestras óseas para la datación por AMS porque es relativamente insoluble en ácido y, por tanto, puede aislarse fácilmente de la dehidroxiapatita y otros carbonatos.

Cuando la fracción de proteína de la muestra ósea no se ha conservado bien y ha comenzado a deteriorarse por el calor y los ataques de hongos o bacterias, los laboratorios de AMS datan los aminoácidos individuales para comprobar si varios de ellos proporcionan la misma edad de radiocarbono. Este proceso debe realizarse en laboratorios de datación por AMS, ya que las muestras son muy pequeñas. Sin embargo, este proceso es caro y lleva tiempo, por lo que no se recomienda la datación por radiocarbono de aminoácidos individuales a menos que sea necesaria, como en el caso de muestras óseas antiguas en las que la más mínima presencia de contaminación produce errores significativos.

Cinética de crecimiento en muestras óseas

La cinética de tiempo de una determinada muestra refleja el crecimiento total del organismo original y el periodo de tiempo que el mismo interactuó con la biosfera. Para la mayoría de los organismos con huesos, el momento de su muerte es contemporáneo a su cese de intercambios con la biosfera. Por lo tanto, la edad de radiocarbono de estos organismos es cero en el momento de su muerte.

Los resultados de datación de huesos por radiocarbono no necesitan ser sometidos a la compensación de edad, pero es importante tener en cuenta la cinética de crecimiento de las muestras de hueso. Algunas publicaciones indican que un hueso no para de asimilar carbono de la biosfera hasta la muerte; hay un período de rotación de unos 30 años para los huesos humanos y un menor tiempo para los huesos de animales.

Los datos de cinética de crecimiento son necesarios porque afectan la calibración de los resultados de radiocarbono y, en consecuencia, la manera en la que se convierte la edad de radiocarbono en años civiles.