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Historia de la Tierra y de la vida · El tiempo geológico
Los métodos de datación
Datación relativa: los principios estratigráficos Discordancias y lagunas en el registro Qué es un fósil y cómo se forma Fósiles guía y correlación entre cortes Datación absoluta: la desintegración radiactiva Combinar y calibrar métodos Resumen
En la pared de una quebrada de Arequipa, cerca del Misti, un geólogo ve capas de roca apiladas y una grieta que las cruza. Tiene dos preguntas distintas: ¿en qué orden pasó todo? y ¿hace cuántos años pasó? La primera la responde la datación relativa ; la segunda, la datación absoluta . Ninguna basta por sí sola: la historia de la Tierra se reconstruye combinando ambas.
Datación relativa: los principios estratigráficos
¿Cómo saber qué ocurrió antes sin medir ninguna fecha numérica? Basta con aplicar unas pocas reglas lógicas.
La datación relativa establece el orden cronológico de los acontecimientos geológicos (depósito de estratos, deformaciones, erosiones) sin asignarles una edad en años. La datación absoluta , en cambio, da una edad numérica. Ejemplo relativo: «la falla es posterior a los estratos». Ejemplo absoluto: «esta ceniza volcánica tiene 110 millones de años».
El principio de superposición dice que, en una serie de estratos no alterada, cada capa es más moderna que la que tiene debajo. El principio de intersección dice que cualquier estructura que corte a otra (una falla, un dique de roca ígnea) es posterior a lo que corta.
¿Por qué? Los sedimentos se depositan sobre una base que ya existe por gravedad, y una falla o una intrusión de magma solo puede atravesar materiales que ya estaban formados.
Corte con tres capas horizontales (pizarras, conglomerado y areniscas) atravesadas por un dique ígneo inclinado, que al cortarlas todas es más moderno que ellas.
dique ígneo
3º, areniscas
2º, conglomerado
1º, pizarras
el dique corta todo: es lo más reciente
Una serie de estratos horizontales, como los de los acantilados de la Costa Verde en Lima, está atravesada por un dique ígneo, y una falla corta todo el conjunto. ¿Cuál es el orden?
Por superposición, los estratos se depositaron de abajo hacia arriba: el de más abajo es el más antiguo.
El dique corta los estratos, así que por intersección es posterior a ellos.
La falla corta tanto los estratos como el dique, así que es posterior a ambos.
Orden de más antiguo a más reciente: estratos (de abajo hacia arriba) → dique → falla.
Siguiente paso (1/5)
El tipo de roca y los fósiles de cada capa informan sobre el ambiente en que se depositó: arenas gruesas indican costa o ríos con mucha energía; arcillas finas, aguas tranquilas y profundas; calizas con fósiles marinos, un mar. Si de abajo hacia arriba los granos se vuelven más finos, el ambiente se volvió más calmo o más profundo (el mar avanzó); si se vuelven más gruesos, el mar retrocedió.
¿Por qué? Porque el agua con más energía puede transportar granos más grandes, y la que corre despacio solo deja partículas finas.
Valentina observa un corte y afirma que, como un dique ígneo contiene fragmentos arrancados de los estratos que atraviesa, el dique debe ser más antiguo que esos estratos. ¿Qué error comete?
Ver respuesta El dique corta a los estratos, así que por intersección es posterior. Además, los fragmentos arrancados (inclusiones) prueban que las rocas ya existían cuando el magma ascendió y las rompió.
Discordancias y lagunas en el registro
A veces los estratos no se apilan de forma continua: hubo pausas y erosión. Eso deja una huella que hay que saber leer.
Una discordancia angular es el contacto entre estratos plegados e inclinados, erosionados en su parte superior, y estratos horizontales depositados encima. El hiato (o laguna estratigráfica) es el intervalo de tiempo sin registro: la zona estuvo emergida y erosionándose, o no recibió sedimentos.
Discordancia angular: estratos inclinados inferiores, truncados por una superficie de erosión, cubiertos por estratos horizontales más modernos.
superficie de erosión = hiato (línea gruesa)
estratos horizontales (más modernos)
estratos plegados (más antiguos)
Representa un lapso, a veces de millones de años, sin registro. Si lo ignoras, subestimas la duración real de la historia que muestra el corte.
Los fragmentos (clastos) incluidos en una roca son más antiguos que la roca que los contiene. Un conglomerado con cantos de otra roca en su base indica que esa roca ya existía y se estaba erosionando cuando se depositó el conglomerado.
¿Por qué? Para que un trozo de roca sea arrancado, transportado y redondeado, antes tuvo que formarse.
A veces una serie de estratos aparece al revés. Dos procesos tectónicos pueden causarlo: un pliegue volcado (el flanco del pliegue se tumba y las capas quedan boca abajo) y un cabalgamiento (una falla inversa de bajo ángulo, que hace montar rocas antiguas sobre otras más modernas, como en los Andes del sur del Perú). Pistas para descubrir la inversión: estructuras como ondulitas o grietas de desecación que miran hacia abajo, granos que se hacen más gruesos hacia el techo en lugar de hacia la base, fósiles en posición invertida, capas repetidas y una superficie de falla visible.
¿Por qué? La superposición vale solo si la serie no fue alterada; las estructuras originales de cada capa permiten reconocer cuál era su techo y cuál su base.
Qué es un fósil y cómo se forma
En los acantilados de Paracas aparecen dientes enormes de tiburón y huesos de ballenas de hace millones de años. ¿Cómo llegaron a conservarse durante tanto tiempo?
Un fósil es cualquier resto o huella de un ser vivo del pasado conservado en una roca. Hay varios tipos: restos duros (huesos, caparazones, dientes, como los de una ballena fósil de Paracas), que informan sobre la anatomía; huellas o icnitas , que muestran cómo se movía y qué tamaño tenía; moldes , que reproducen la forma externa o interna; coprolitos (excrementos fósiles), que informan sobre la dieta; e inclusiones en ámbar , que conservan insectos con todo detalle.
Una medusa o un gusano se descomponen o son devorados antes de quedar enterrados, y no tienen partes duras que se mineralicen. Por eso el registro fósil muestra sobre todo organismos con caparazón o esqueleto.
★☆☆ Sin empezar
Define fósil y cita tres tipos distintos de testimonios que pueden quedar fosilizados (restos duros, huellas o icnitas, moldes, coprolitos, inclusiones en ámbar),… 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.
Resolver
★☆☆ Sin empezar
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,… 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.
Resolver
Fósiles guía y correlación entre cortes
Dos cortes a cientos de kilómetros, sin conexión visible: ¿cómo saber si sus estratos son de la misma edad?
Un fósil guía (o fósil característico) es el de una especie que cumple tres requisitos: vivió poco tiempo (a escala geológica), tuvo amplia distribución geográfica y es abundante y fácil de reconocer . Sirve de marcador temporal: si aparece en dos cortes lejanos, ambos estratos son contemporáneos.
Dos cortes geológicos alejados, A y B, con estratos de distinto grosor. En ambos aparece un estrato con el mismo fósil guía, un amonites, lo que permite correlacionarlos como contemporáneos.
sin conexión física visible
mismo fósil guía (amonites)
estratos de la misma edad
corte A
corte B
Estratos con las mismas asociaciones de fósiles se formaron en la misma época, sin importar la distancia.
¿Por qué? La evolución no se repite: cada especie aparece, se dispersa y se extingue una sola vez, así que su presencia señala un momento único.
Datación absoluta: la desintegración radiactiva
Una muestra con 1,000 átomos radiactivos tiene 500 a los 10 días, 250 a los 20 y 125 a los 30, sin importar la presión ni el calor. Ese ritmo constante es el reloj que permite fechar rocas.
La vida media de un isótopo radiactivo es el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los átomos de una muestra, sea cual sea la cantidad inicial. Es fija para cada isótopo y no cambia con la temperatura, la presión ni las reacciones químicas.
Curva exponencial decreciente del isótopo radiactivo: tras una vida media queda el 50 % y tras dos vidas medias el 25 %.
tiempo
% isótopo
100
50
1 vida media
25
2 vidas medias
La idea de uso es sencilla: como cada vida media reduce a la mitad el isótopo, la fracción que queda en una muestra indica cuántas vidas medias han pasado desde que el «reloj» se puso en marcha. Muchas vidas medias transcurridas significan una muestra muy antigua.
Tras unas 10 vidas medias (unos $57{,}000$ años) queda tan poco $\text{C-14}$ que ya no se mide bien. Datar un dinosaurio con radiocarbono es imposible. Para rocas de millones de años se usan isótopos de vida media muy larga, como el potasio-40 ($1{,}250$ millones de años) o el uranio-235, presentes en minerales de rocas ígneas .
Un grano de mica en una arenisca indica cuándo cristalizó en su roca de origen, no cuándo se depositó el sedimento. El reloj K-Ar se pone a cero cuando el magma se enfría y el mineral cristaliza. Las rocas sedimentarias se acotan datando niveles volcánicos (cenizas, coladas) o diques por encima y por debajo. Por ejemplo, si una ceniza inferior tiene 115 Ma y la superior 110 Ma, el estrato intermedio tiene entre 110 y 115 Ma.
El $\text{C-14}$ solo es fiable en materia que cerró el sistema al morir el organismo. Una costra de carbonato que se formó después, por agua que precipita carbonato con carbono más reciente, da una edad que no corresponde a la muerte del animal. Conviene datar material original, como el colágeno del interior del hueso.
Camila debe datar una viga de madera de una casona colonial de Arequipa y una colada de lava de hace 70 millones de años. ¿Qué método corresponde a cada muestra?
Ver respuesta La madera es materia orgánica reciente y entra en el límite de unos 50,000 años: carbono-14. La lava es roca ígnea y muy antigua: potasio-40, por su larga vida media.
Combinar y calibrar métodos
La dendrocronología cuenta los anillos de crecimiento de los árboles: cada anillo es un año y su grosor refleja el clima. Las varvas son láminas anuales de sedimento en lagos (verano e invierno). El paleomagnetismo usa que las rocas ígneas «congelan» la dirección del campo magnético al enfriarse; sus inversiones, como la de Brunhes-Matuyama (hace $0.78$ millones de años), sirven de marcadores globales.
La proporción de $\text{C-14}$ en la atmósfera no ha sido constante. La dendrocronología da series de madera de edad conocida año por año, donde se mide el $\text{C-14}$ real. Al compararlas se construye una curva de calibración que corrige la edad «aparente» del radiocarbono. ¿Por qué la edad radiocarbónica no coincide exactamente con la edad real en años calendario?
Ver respuesta Porque la concentración de $\text{C-14}$ atmosférico ha variado con la actividad solar y el campo magnético terrestre, así que hace falta calibrar con series de madera de edad conocida.
Para un caso combinado, imagina tres columnas correlacionadas con un mismo amonites. Una ceniza de 115 Ma por debajo y otra de 110 Ma por arriba acotan al estrato fosilífero entre esas edades. Un dique de 112 Ma que lo corta, pero no afecta a los estratos superiores, indica que el estrato es más antiguo que 112 Ma. Juntos: entre 115 y 112 Ma. En cambio, datar el cemento calcáreo no da la edad del depósito, pues el cemento se forma después, al circular fluidos por la roca.
Vuelve al principio: el orden de los hechos lo dan la superposición, la intersección y las discordancias; los años, la desintegración radiactiva. Juntos reconstruyen la historia de la quebrada.
Resumen
La datación relativa ordena acontecimientos (superposición, intersección, discordancias) sin dar años; la absoluta da edades numéricas.
Una discordancia angular señala plegamiento, erosión y nueva sedimentación; el hiato es el tiempo sin registro.
Un buen fósil guía vivió poco, tuvo amplia distribución y es abundante; permite correlacionar cortes lejanos.
La vida media es constante: la fracción que queda indica cuántas vidas medias pasaron. El $\text{C-14}$ sirve hasta unos $50{,}000$ años; las rocas antiguas requieren $\text{K-40}$ y similares en rocas ígneas.
Las rocas sedimentarias se acotan datando cenizas o diques; dendrocronología, varvas y paleomagnetismo calibran y complementan.
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