Los métodos de datación

Define fósil y cita tres tipos distintos de testimonios que pueden quedar fosilizados (restos duros, huellas o icnitas, moldes, coprolitos, inclusiones en ámbar), explicando qué información aporta cada tipo.

Explica en qué consiste el proceso de fosilización (enterramiento rápido, mineralización de las partes duras) y razona por qué los organismos de partes blandas (medusas, gusanos) aparecen raramente como fósiles.

Explica la diferencia entre datación relativa y datación absoluta, y pon un ejemplo de un acontecimiento geológico que se pueda fechar con cada tipo de método.

Enuncia el principio de superposición de estratos y aplícalo a la secuencia de la cantera del esquema (capas A, B y C). ¿Cuál es la capa más antigua y qué cambio ambiental sugiere la secuencia?

En un corte se observa una serie de estratos horizontales atravesados por un dique de roca ígnea, y todo ello cortado a su vez por una falla. Aplicando los principios de intersección y de superposición, ordena de más antiguo a más reciente: estratos, dique y falla, justificando cada paso.

En un afloramiento se ven estratos plegados erosionados y, sobre ellos, estratos horizontales. Indica cómo se llama esa estructura, ordena los acontecimientos que la formaron (sedimentación, plegamiento, erosión y nueva sedimentación) y explica qué representa el «hiato» o laguna temporal.

En un afloramiento se observan, de abajo arriba: pizarras metamórficas, una superficie erosionada con cantos de pizarra en la base de un conglomerado, areniscas horizontales y, cortándolo todo, un filón de roca ígnea. Ordena los acontecimientos geológicos del más antiguo al más reciente y justifica cada relación (superposición, intersección, clastos incluidos).

¿Qué es un fósil guía (o fósil característico)? Indica los tres requisitos que debe cumplir un buen fósil guía y razona por qué el ser humano no sirve como tal para datar rocas antiguas.

Explica el principio de identidad faunística y cómo permite correlacionar estratos de dos canteras separadas por cientos de kilómetros, indicando qué tipo de fósiles sirven mejor para esa tarea.

En un corte, un estrato con fósiles de trilobites aparece por encima de otro con ammonoideos, al revés de lo que marca la escala del tiempo geológico. Explica qué dos procesos tectónicos pueden invertir una serie de estratos (pliegues volcados, cabalgamientos) y qué pistas en el terreno permiten descubrir la inversión.

Explica qué es la semivida (periodo de semidesintegración) de un isótopo radiactivo usando el ejemplo de un montón de $100$ monedas del que retiras la mitad en cada ronda, y por qué esa regularidad convierte a los radiómetros en «relojes» geológicos.

Razona por qué las rocas sedimentarias son el gran archivo de la historia de la vida aunque rara vez puedan datarse directamente por métodos radiométricos, e indica cómo se resuelve ese problema usando rocas ígneas intercaladas.

El carbono-14 tiene un periodo de semidesintegración de $5\,730$ años. Una muestra de madera arqueológica conserva la cuarta parte del $\text{C-14}$ que tenía al morir el árbol. Calcula la edad de la muestra explicando tu razonamiento.

El carbono-14 tiene una semivida de $5\,730$ años. Un tejido fósil conserva $1/16$ del $\text{C-14}$ que tenía en vida. Calcula la edad del fósil mostrando el número de semividas transcurridas y el resultado final.

Un equipo de investigación analiza los restos óseos de un mamífero hallado en una cueva kárstica. El laboratorio A extrae colágeno del interior del hueso y detecta que conserva un $12.5\ \%$ ($1/8$) de la actividad inicial de $^{14}\text{C}$. El laboratorio B analiza una costra de carbonato que recubría externamente el hueso y mide un $50\ \%$ del $^{14}\text{C}$ inicial.

1. a) Calcula la edad numérica que arroja cada laboratorio (semivida del $^{14}\text{C} = 5\,730$ años).
2. b) Justifica cuál de los dos resultados es fiable para determinar cuándo murió el animal y explica qué proceso geoquímico provocó el error en la otra muestra.
3. c) Un miembro del equipo propone usar radiocarbono para datar una toba volcánica de $1.2$ millones de años situada en la entrada de la cueva. Demuestra matemáticamente por qué es inviable y propón qué método isotópico alternativo deberían emplear.

Para datar un estrato de arenisca con huellas fósiles de tetrápodos primitivos, un estudiante separa cristales de moscovita (mica potásica) del propio sedimento. Tras medir que queda un $25\ \%$ del $^{40}\text{K}$ original ($T_{1/2} = 1\,250$ Ma), concluye que las huellas tienen $2\,500$ millones de años (Precámbrico).

1. a) Rebate la conclusión del estudiante: ¿qué evento físico pone a cero el reloj K-Ar y qué estás datando en realidad al analizar clastos detríticos de una arenisca?
2. b) En la misma serie estratigráfica se observa una colada de lava intercalada por debajo del estrato de arenisca y un dique volcánico que corta tanto a la lava como a la arenisca. Diseña un procedimiento para acotar la edad máxima y mínima del sedimento fosilífero a partir de estos cuerpos ígneos.

En una cuenca marina se estudian tres afloramientos correlacionados mediante una misma especie de ammonoideo fósil de rango bioestratigráfico corto:

• Columna A: el estrato con ammonoideos está intercalado entre una ceniza volcánica inferior de $115$ Ma y otra superior de $110$ Ma.

• Columna B: el estrato fosilífero aparece cortado por un dique basáltico datado en $112$ Ma, pero dicho dique no afecta a los estratos suprayacentes.

• Columna C: un investigador afirma haber obtenido una edad radiométrica de $114$ Ma analizando directamente el cemento calcáreo del estrato fosilífero.

1. a) Deduce el intervalo cronológico más preciso y riguroso para la existencia de este ammonoideo combinando los datos válidos de las columnas A y B.
2. b) Evalúa la validez del dato de la Columna C justificando si el cemento de una roca sedimentaria cumple o no los requisitos del método radiométrico.
3. c) Predice cómo cambiaría la acotación temporal de la especie si un análisis detallado demostrase que la estructura ígnea de la Columna B no es un dique discordante, sino un flujo de lava submarino intercalado y concordante.

Un laboratorio analiza cristales de circón de un plutón granítico mediante la desintegración de $^{235}\text{U}$ a $^{207}\text{Pb}$ ($T_{1/2} = 704$ Ma).

1. a) En una muestra inalterada, la relación isotópica muestra que por cada átomo de $^{235}\text{U}$ restante hay $7$ átomos de $^{207}\text{Pb}$ acumulados. Calcula el número de semividas transcurridas y la edad de cristalización del granito.
2. b) En otra muestra tomada en una zona de cizalla con fuerte alteración hidrotermal, se mide una relación $^{207}\text{Pb}/^{235}\text{U} = 1$ (un $50\ \%$ de uranio original). Un geólogo afirma que esa zona del plutón cristalizó $1\,400$ Ma más tarde. Refuta su hipótesis explicando qué alteración del sistema cerrado ha tenido lugar.
3. c) Demuestra por qué este par isotópico es inútil para datar un bifaz de sílex de un yacimiento paleolítico de $100\,000$ años: estima qué porcentaje infinitesimal de $^{235}\text{U}$ se habría desintegrado y razona el problema analítico resultante.

Explica en qué consiste la dendrocronología: qué registra cada anillo de un árbol, cómo se solapan series de árboles de distintas edades para alargar la cronología miles de años y qué información climática contiene el grosor de los anillos.

Las varvas son parejas de láminas claras y oscuras que se depositan cada año en ciertos lagos. Explica qué origina esa alternancia estacional, cómo se usan para datar y por qué los sedimentos de los lagos son «archivos» climáticos comparables a los hielos.

La concentración de $^{14}\text{C}$ atmosférico no es constante en el tiempo: las pruebas nucleares atmosféricas (1955-1963) casi duplicaron el $^{14}\text{C}$ («efecto bomba»), mientras que las emisiones industriales de combustibles fósiles inyectan grandes volúmenes de $\text{CO}_2$ desprovisto por completo de $^{14}\text{C}$ («efecto Suess»).

1. a) Si datas la madera de un árbol talado en 1965 aplicando la fórmula estándar sin calibración, ¿su edad aparente radiocarbónica resultará del pasado o «del futuro» (negativa)? Justifica tu deducción a partir de la actividad específica medida.
2. b) Predice qué error (envejecimiento o rejuvenecimiento artificial) arrojaría la datación del liquen que crece actualmente junto a una autopista con denso tráfico diésel. Razona el intercambio isotópico implicado.
3. c) Justifica cómo la dendrocronología permite construir una curva de calibración que resuelve estos desfases para los últimos $12\,000$ años.

En una cueva cántabra con restos fósiles humanos se registra la siguiente secuencia estratigráfica de techo a muro:

• Nivel 1: sedimentos con polaridad magnética normal. Una estalagmita intercalada se data por series de uranio en $0.45$ Ma.

• Nivel 2: sedimentos con polaridad inversa que contienen una rica industria lítica y restos óseos.

• Nivel 3: sedimentos basales con polaridad magnética normal.

Sabiendo que la inversión Brunhes-Matuyama (de normal a inversa hacia el pasado) ocurrió hace $0.78$ Ma y la Matuyama-Gauss (de inversa a normal) hace $2.58$ Ma:

1. a) Acota el intervalo temporal en el que pudieron habitar los homininos del Nivel 2 a partir de los datos combinados.
2. b) Un miembro del equipo sugiere que los restos del Nivel 2 tienen $600\,000$ años. Rebate formalmente su afirmación basándote en la polaridad magnética observada.
3. c) Si en el centro del Nivel 2 apareciera una banda estrecha de polaridad normal de apenas unos centímetros de espesor, ¿obliga a cambiar toda la cronología o qué fenómeno geomagnético de corta duración (subcrón o evento) representaría dentro de Matuyama?

En una necrópolis costera se datan dos esqueletos humanos hallados en el mismo nivel funerario:

• Individuo A: $4\,150 \pm 30$ años BP.

• Individuo B: $4\,600 \pm 40$ años BP.

El análisis de isótopos estables revela que el individuo A basaba su dieta en frutos y herbívoros terrestres ($\delta^{13}\text{C} = -21\ \text{‰}$), mientras que el individuo B consumía predominantemente marisco y peces marinos ($\delta^{13}\text{C} = -13\ \text{‰}$).

1. a) Comprueba si los intervalos con dos desviaciones estándar ($2\sigma$, margen del $95\ \%$) de ambos individuos llegan a solaparse.
2. b) Formula una hipótesis que explique la discrepancia de casi $500$ años apoyándote en el «efecto reservorio marino». ¿Cuál de las dos fechas se aproxima más a la época real de enterramiento?
3. c) Si en lugar de extraer colágeno se hubiera datado el carbonato mineral del hueso (hidroxiapatita) fosilizado en un suelo calcáreo húmedo, predice y justifica el sentido del error (envejecimiento o rejuvenecimiento aparente) que provocaría la diagénesis.

Un equipo presenta la siguiente propuesta para datar diversos elementos de una cuenca tectónica:

1. Datar las cerámicas de un estrato superficial mediante radiocarbono analizando el silicio y aluminio de la arcilla cocida.

2. Datar una colada volcánica basáltica mediante dendrocronología midiendo las bandas concéntricas de alteración de sus vesículas de gas.

3. Datar el momento de sedimentación de un esquisto precámbrico mediante K-Ar aplicado a las micas formadas durante el metamorfismo regional.

1. a) Detecta y argumenta el fallo conceptual o metodológico que invalida cada una de las tres propuestas.
2. b) Diseña una alternativa metodológica válida para cada uno de los tres materiales, especificando el método analítico adecuado y qué suceso físico o químico representa con exactitud la puesta a cero del reloj.
3. c) Si en una viga de madera del yacimiento cuentas $95$ anillos de crecimiento pero desconoces la curva dendrocronológica de la región, explica por qué no puedes asignarle una fecha de calendario absoluta y de qué forma se complementaría con el radiocarbono para situarla en el tiempo.