EL TIEMPO GEOLÓGICO Y LOS ISÓTOPOS

Margarita Do Campo

EL TIEMPO GEOLÓGICO Y LOS ISÓTOPOS

¿De qué vamos a hablar?

¿Cómo evolucionaron las ideas acerca de la edad de las rocas y de la Tierra?¿Cómo se mide el tiempo geológico?¿Cómo se hace para determinar la edad de una roca?

El tiempo en geologíaLas unidades de tiempo que se emplean en geología normalmente son mucho mayores que las utilizadas para medir la historia del hombre:años, siglos, miles de años.

Para hablar de la historia de nuestro planeta la unidad de medida más usada es el millón de años: 1.000.000 años (Ma).

Primeras propuestas acercade la edad de la Tierra

Arzobispo Usher (1600’s) – 22 de Octubre, 4004 A.C . Estimación basada en la Biblia.John Jolly (1800’s) – 90.000.000 años. Estimación realizada sobre la base de la salinidad de los océanos.Lord Kelvin (~1800) – entre 20 y 400 millones de años. La estimó basándose en consideraciones físicas sobre el enfriamiento de la tierra.

Modos de medir el tiempo

• Tiempo Absoluto – medido en unidades absolutas. Ejemplos: segundos, minutos, horas, años.

• Tiempo Relativo – medido en épocas, períodos, eras, eones.

Ejemplos:Período Jurásico, Edad Media

El tiempo en geología

• Las primeras escalas del tiempo geológico eran relativas. Se podía establecer siuna roca era más antigua que otra, pero no había modo de saber cuantos millones de años atrás se había formado. Es decir cual era su edad absoluta.

• En las escalas relativas, la historia de la tierra se dividió en:

épocas, períodos, eras, eones.Ejemplos: Era Mesozoica, PeríodoJurásico.

Escala de tiempo geológica relativa moderna

Fue desarrollada entre 1650 y 1830, principalmente por tres científicos:

Steno (1638 – 1686) en Italia.James Hutton (1726 – 1797) en Escocia.William Smith (1769 – 1839) en Inglaterra.

LEYES DE STENO1. Ley de la superposiciónEn una sucesión vertical de estratos el

más antiguo estará abajo de todos y el más nuevo estará por encima de todos

LEYES DE STENO2. Principio de horizontalidad

originalLos estratos sedimentarios se forman

originalmente como capas horizontales.

3. Principio de continuidad lateralLos horizontes sedimentarios tienden

a formarse como láminas lateralmente continuas.

UNIFORMITARISMO DE HUTTON

“El Presente es la llave del pasado”Teoría basada en las observaciones de los procesos terrestres y el registro geológico realizadas en el campo.La Tierra tiene que haber tenido una larga historia, durante la cual se puedan haber depositado y deformado las espesas secuencias sedimentarias que forman las montañas.

Principio de Smith de la Sucesión de Faunas

Las asociaciones fósiles en las rocas se suceden unas a otras en forma regular y en un orden determinable.

Ej. Zonación de trilobites

Principios de HuttonPrincipio de relaciones de corte

1. Si una roca cortaa otra, o un rasgogeológico (ej. una falla), afecta una secuencia, la primera debe ser la más joven.

Principios de Hutton2. Principio de Inclusión

Si una roca Xcontiene

fragmentos de otra roca Y:

X tiene que ser más joven quela roca Y de la cual provienenlos fragmentos.

Principios de Hutton3. Disconformidad

Contactos irregulares entre dos secuencias estratigráficas indican

faltas en el registro geológico y, en consecuencia, un lapso de tiempo

del cual no quedó registro geológico.

Usando los principios de Steno, Hutton y Smith

Los primeros geólogos estudiaron y describieron las rocas en sus respectivas regiones.Definieron estas secuencias de rocas por la sucesión de fósiles que encontraron. Les pusieron nombre a esas secuencias.

Origen de algunos nombres de períodos geológicos

Cámbrico – 1835, Sedgwick, antiguo nombre de Gales.Carbónico – 1822, Conybeare y Phillips, rocas portadoras de carbón en Inglaterra.Pérmico – 1841, Murchison, rocas cercanas a Perm, Rusia.Jurásico – 1829, von Humboldt, Montañas Jura en Suiza.

DESARROLLO DE LA ESCALA DE TIEMPO GEOLÓGICA

Las unidades fueron agrupadas por región y afinidades litológicas.Estas unidades locales fueron correlacionadas con otras sobre la base de la sucesión de faunas. Esta historia relativa de la Tierra fue desarrollada mucho antes que Darwin publicara ‘La Evolución de las especies’. Y mucho antes que se realizaran las primeras dataciones absolutas.

Humanos modernosPrimeros homínidos

Mamíferos modernos

Primeras ballenas

Primeras plantas con floresPrimeros pájaros

Primeros dinosaurios y mamíferosPrimeros reptiles

Primeros anfibios

Primeros insectosPrimeras plantas terrestres

Primer pezPrimeros cordados

Vida más antigua

TIEMPO ABSOLUTOHasta ahora hablamos de tiempos relativos. Veamos ahora cómo medimos el tiempo geológico en términos absolutos (es decir, asignamos una edad absoluta a los períodos, épocas y edades relativas).En geología para llegar a las escalas de tiempo absolutas se emplean métodos de datación isotópica. Por eso, vamos a hablar de los isótopos.

¿Qué es un isótopo?Iso – topo : igual lugar

El lugar que ocupa cada elemento químico en la tabla periódica depende de su número atómico (Z). Z = Nº de protones en el núcleo = Nº de electrones en los orbitales.

Los isótopos de un elemento tienen el mismo Z, por lo que ocupan el mismo ‘casillero’ en la tabla periódica. Pero tienen diferente número de neutrones. Por lo tanto, difieren en su número de masa (A). A = Nº de protones + Nº de neutrones.

IsIsóótopostoposTienen el mismo nTienen el mismo núúmero atmero atóómico (Z) y mico (Z) y

diferente masa (A)diferente masa (A)NotaciNotacióón general para isn general para isóótopos:topos:

ZA X

Como el nComo el núúmero de neutrones (N) puede mero de neutrones (N) puede variar variar →→ pueden existir diferentes pueden existir diferentes

isisóótopos para un elemento . Ejemplo: topos para un elemento . Ejemplo: Carbono (C)Carbono (C)

121266C C 1313

66C C 141466CC

TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS

126C 13

6C 146C

ISÓTOPOS

ESTABLES

Han mantenido su estructura atómica desde la formación de nuestra galaxia, es decir que se

mantiene constante el número de protones, neutrones y electrones.

Por lo tanto siguen siendo el mismo elemento químico.

Ejemplo: 18O

INESTABLES O RADIACTIVOS

Con el transcurso del tiempo sufren cambios en sus núcleos

(decaimiento radiactivo) que modifican el Nº de protones y

neutrones, es decir que se transforman en otro elemento

químico.

Ejemplo: 40K 40Ar

ISÓTOPOS INESTABLES

Cada isótopo inestable se desintegra a una velocidad determinada, que se conoce como constante de desintegración.Las constantes de desintegración no resultan afectadas por ningún proceso físico ni químico conocido. Se ha intentado modificarlas haciendo experimentos, pero sin éxito.Se define además el período de semi-desintegración (T1/2), es el tiempo requerido para que decaigan la mitad de los átomos del isótopo padre presentes inicialmente en el sistema.

Transformaciones radiactivasTransformaciones radiactivas

El isótopo inestable (235U,40K o 87Rb) presente en un mineral o roca en el momento de su formación se conoce como Isótopo padre. Es el que sufre

las transformaciones que dan lugar a la formación del

Isótopo hijoelemento que constituye el producto de la desintegración del elemento original.

¿Qué les sucede a los isótopos inestables dentro de un mineral, a medida que transcurre el tiempo?

Tiempo medido en períodos de semi-desintegración

Sistemas isotópicos empleados en geología

Se mide el elemento hijo acumulado en un mineral o roca a lo largo de su historia geológica.

Métodos deacumulación

Se mide el elemento padre que hay en el sistema, su abundancia disminuye a medida que transcurre el tiempo.

Métodos dedecaimiento

Sistemas isotópicos empleados en geología

Padre Hijo Rango de aplicación Tipo de rocas

87RbRubidio

87 SrEstroncio

10 Ma - 4.600 Ma Ígneas y metamórficas

238UUranio

206PbPlomo

10 Ma - 4.600 Ma Ígneas y metamórficas

235UUranio

207PbPlomo

10 Ma - 4.600 Ma Ígneas y metamórficas

40KPotasio

40ArArgón

100,000 a - 4.600 Ma

Ígneas y metamórficas

14CCarbono

14NNitrógeno

100 a - 100,000 a Material portador de Carbono.

MÉTODOS DE ACUMULACIÓNMÉTODOS DE ACUMULACIÓN

Si el mineral o roca se comporta como un sistema cerrado desde su formación, el isótopo hijo se irá acumulando a medida que transcurra el tiempo geológico. Cuanto más tiempo transcurra, más elemento hijo habrá en el mineral.Las constantes de desintegración de los isótopos inestables empleados en geología: 235U,40K y 87Rb, son bien conocidas.Por eso podemos calcular cuanto tiempo tardó en acumularse cierta cantidad de elemento hijo en un mineral.

LOS ISÓTOPOS Y EL TIEMPO GEOLÓGICO

Las abundancias isotópicas se miden en espectrómetros de masas.Los espectrómetros de masas emplean campos electromagnéticos para separar los elementos de diferentes masas y luego medir sus abundancias relativas.El resultado final de aplicar los métodos isotópicos de datación es el desarrollo de la Escala de Tiempo Geológico. Esta escala asigna edades en términos absolutos a las distintas subdivisiones del tiempo geológico, permitiendo dimensionar su magnitud.

Escala Absoluta de Tiempo Geológico

Métodos de decaimientoMétodo 14C

• El 14C es un isótopo inestable que se forma en la alta atmósfera por acción de los rayos cósmicos sobre elementos como el nitrógeno (N).

• En la atmósfera el 14C se combina con O2 para producir 14CO2.

• Las plantas y animales incorporan el 14CO2 a su organismo cuando respiran o ingieren. Cuando el organismo muere, deja de incorporar 14C, su abundancia irá disminuyendo a medida que se desintegra.

• Con el paso del tiempo, el contenido de 14C de un organismo muerto disminuye hasta volverse cero.

• Si medimos el contenido de 14C en restos de plantas o animales podemos calcular su edad.

ISÓTOPOS ESTABLES

ISÓTOPOS

ESTABLES

Han mantenido su estructura atómica

desde la formación de nuestra galaxia, es

decir que se mantiene constante el número de protones, neutrones y electrones. Por lo tanto

siguen siendo el mismo elemento

químico.Ejemplo: 18OINESTABLES

O RADIACTIVOS

Algunas aplicaciones de los isótopos estables

Los isótopos estables se emplean como trazadores de procesos naturales que ocurren tanto en la superficie como en el interior de la Tierra.

Permiten determinar las condiciones ambientales (paleo-ambientales) en las que vivió y creció un organismo en el pasado geológico, como por ejemplo la temperatura, la oxigenación, el grado de evaporación y la salinidad del agua.

Otras aplicaciones de los isótopos estables

Génesis de yacimientos minerales.Estudios hidrológicos.Medicina.Adulteración de alimentos.Paleo-dietas de antiguas poblaciones humanas.

Aplicaciones de los isótopos estables del oxígeno y del hidrógeno en estudios

hidrológicos

El agua está formada por hidrógeno y oxígeno (H2O). Ambos elementos tienen isótopos estables y las variaciones en su composición sirven para investigar el ciclo hidrológico. Estos isótopos permiten:

Identificar las fuentes de recarga de un acuífero. Detectar pérdidas de embalses.Reconocer el origen de la salinidad de las aguas.Determinar el origen de aguas geotermales.

FIN

MUCHAS GRACIAS POR VENIR