Si desea saber cuántos años tiene alguien o algo, generalmente puede confiar en una combinación de simplemente hacer preguntas o buscar en Google para llegar a una respuesta precisa. Esto se aplica a todo, desde la edad de un compañero de clase hasta el número de años que Estados Unidos ha existido como una nación soberana (243 y contando a partir de 2019).
Pero ¿qué pasa con las edades de los objetos de la antigüedad, desde ¿Un fósil recién descubierto hasta la edad misma de la Tierra?
Claro, puede explorar Internet y aprender con bastante rapidez que el consenso científico determina la edad del planeta en unos 4.600 millones de años. Pero Google no inventó este número; en cambio, el ingenio humano y la física aplicada lo han proporcionado.
Específicamente, un proceso llamado datación radiométrica Esto se basa en una combinación comprobada de matemática básica y conocimiento de las propiedades físicas de diferentes elementos químicos. Para comprender las técnicas de datación radiométrica, primero debe comprender qué se está midiendo, cómo se realiza la medición y las limitaciones teóricas y prácticas del sistema de medición que se está utilizando. Como analogía, digamos que te preguntas "¿Qué tan cálido (o frío) hace afuera?" Lo que realmente está buscando aquí es la temperatura, que es fundamentalmente una descripción de la rapidez con que las moléculas en el aire se mueven y colisionan entre sí, lo que se traduce en un número conveniente. Necesita un dispositivo para medir esta actividad (un termómetro, de los cuales existen varios tipos). También necesita saber cuándo puede o no aplicar un tipo particular de dispositivo a la tarea en cuestión; por ejemplo, si desea saber qué calor hace en el interior de una estufa de leña activa, probablemente entienda que colocar un termómetro doméstico destinado a medir la temperatura corporal dentro de la estufa no será útil. Tenga en cuenta también que durante muchos siglos, la mayoría del "conocimiento" humano de la edad de las rocas, formaciones como el Gran Cañón y todo lo demás a su alrededor se basó en el relato de Génesis de la Biblia, que postula que todo el cosmos es quizás 10,000 años de edad. Los métodos geológicos modernos a veces han demostrado ser espinosos frente a nociones tan populares pero pintorescas y sin respaldo científico. La datación radiométrica se aprovecha de hecho de que la composición de ciertos minerales (rocas, fósiles y otros objetos altamente duraderos) cambia con el tiempo. Específicamente, las cantidades relativas de sus elementos constitutivos cambian de una manera matemáticamente predecible gracias a un fenómeno llamado desintegración radiactiva Esto a su vez depende del conocimiento de > isótopos Los isótopos son versiones diferentes del mismo elemento (p. ej., carbono, uranio, potasio ); tienen el mismo número de protones Algunas cosas en la naturaleza desaparecen a un ritmo más o menos constante, independientemente de cuánto hay para empezar y cuánto queda. Por ejemplo, el cuerpo metaboliza ciertas drogas, incluido el alcohol etílico, a una cantidad fija de gramos por hora (o las unidades que sean más convenientes). Si alguien tiene el equivalente a cinco bebidas en su sistema, el cuerpo tarda cinco veces más en eliminar el alcohol que si tuviera una bebida en su sistema. Sin embargo, muchas sustancias, tanto biológicas como químicas , conforme a un mecanismo diferente: en un período de tiempo dado, la mitad de la sustancia desaparecerá en un tiempo fijo, sin importar cuánto esté presente para empezar. Dichas sustancias tienen una semivida La utilidad de esto radica en poder calcular con facilidad qué cantidad de un elemento dado estaba presente en el momento en que se formó en función de cuánto está presente en el momento de la medición. Esto se debe a que cuando los elementos radiactivos se crean por primera vez, se supone que consisten completamente en un solo isótopo. A medida que la descomposición radiactiva ocurre con el tiempo, cada vez más de estos isótopos más comunes "decaen" (es decir, es convertido) en un isótopo o isótopos diferentes; estos productos de descomposición se llaman apropiadamente isótopos hijos Imagina que disfrutas de cierto tipo de helado con sabor a chispas de chocolate. Tienes un compañero de cuarto astuto, pero no especialmente inteligente, al que no le gusta el helado en sí, pero no puede resistirse a elegir comer las papas fritas, y en un esfuerzo por evitar la detección, reemplaza cada una de las que consume con una pasa. Tiene miedo de hacer esto con todas las chispas de chocolate, por lo que, cada día, pasa la mitad del número de chispas de chocolate restantes y coloca las pasas en su lugar, sin completar la transformación diabólica de su postre, pero cada vez más cerca. Digamos que un segundo amigo que está al tanto de este acuerdo visita y nota que su caja de helado contiene 70 pasas y 10 chispas de chocolate. Ella declara: "Creo que fuiste de compras hace unos tres días". ¿Cómo sabe ella esto? Es simple: debe haber comenzado con un total de 80 chips, porque ahora tiene 70 + 10 \u003d 80 aditivos totales para su helado. Debido a que su compañero de habitación come la mitad de las fichas en un día determinado, y no un número fijo, la caja debe haber contenido 20 fichas el día anterior, 40 el día anterior y 80 el día anterior. Cálculos los isótopos radiactivos implicados son más formales pero siguen el mismo principio básico: si conoce la vida media del elemento radiactivo y puede medir la cantidad de cada isótopo presente, puede determinar la edad del fósil, roca u otra entidad proviene de. Se dice que los elementos que tienen semividas obedecen a un proceso de descomposición de primer orden . Tienen lo que se conoce como una tasa constante, generalmente denotada por k. La relación entre el número de átomos presentes al inicio (N 0), el número presente en el momento de la medición N, el tiempo transcurrido t, y la constante de velocidad k se puede escribir de dos maneras matemáticamente equivalentes: N \u003d N 0e −kt o ln [N /N 0] \u003d −kt Además, es posible que desee conocer la actividad A \u003d kt No necesita saber cómo se derivan estas ecuaciones, pero debe estar preparado para usarlas para resolver problemas relacionados con isótopos radiactivos. Los científicos interesados en calcular la edad de un fósil o roca analizan una muestra para determinar la proporción del isótopo hijo (o isótopos) de un elemento radiactivo dado a su isótopo padre en esa muestra. Matemáticamente, de las ecuaciones anteriores, esto es N /N 0. Con la tasa de descomposición del elemento y, por lo tanto, su vida media, conocida de antemano, calcular su edad es sencillo. El truco es saber cuál de los diversos isótopos radiactivos comunes debe buscar. Esto, a su vez, depende de la edad aproximada esperada del objeto porque los elementos radiactivos se descomponen a velocidades muy diferentes. Además, no todos los objetos con fecha tendrán cada uno de los elementos comúnmente utilizados; solo puede fechar elementos con una técnica de datación dada si incluyen el compuesto o compuestos necesarios. Datación por uranio-plomo (U-Pb): el uranio radiactivo viene en dos formas, uranio -238 y uranio-235. El número se refiere al número de protones más neutrones. El número atómico del uranio es 92, correspondiente a su número de protones. que se descomponen en plomo-206 y plomo-207 respectivamente. La vida media del uranio-238 es de 4,47 mil millones de años, mientras que la del uranio-235 es de 704 millones de años. Debido a que estos difieren en un factor de casi siete (recuerde que mil millones son 1,000 veces por millón), es una "verificación" para asegurarse de que está calculando la edad de la roca o fósil correctamente, lo que lo convierte en uno de los más precisos radiométricos. métodos de datación. Las largas vidas medias hacen que esta técnica de datación sea adecuada para materiales especialmente antiguos, de aproximadamente 1 millón a 4.500 millones de años. La datación U-Pb es compleja debido a los dos isótopos en juego, pero esta propiedad también es lo que lo hace tan preciso. El método también es técnicamente desafiante porque el plomo puede "filtrarse" de muchos tipos de rocas, lo que a veces hace que los cálculos sean difíciles o imposibles. La datación con U-Pb a menudo se usa para fechar rocas ígneas (volcánicas), que pueden ser difícil de hacer debido a la falta de fósiles; Rocas metamórficas; y rocas muy viejas. Todos estos son difíciles de fechar con los otros métodos descritos aquí. Datación por rubidio-estroncio (Rb-Sr): el rubidio radioactivo 87 se descompone en estroncio 87 con una vida media de 48.800 millones de años. No es sorprendente que la datación de Ru-Sr se use para fechar rocas muy antiguas (de hecho, tan antiguas como la Tierra, ya que la Tierra tiene "solo" alrededor de 4.600 millones de años). El estroncio existe en otros establos ( es decir, no son propensos a la descomposición) isótopos, incluido el estroncio-86, -88 y -84, en cantidades estables en otros organismos naturales, rocas, etc. Pero debido a que el rubidio-87 es abundante en la corteza terrestre, la concentración de estroncio-87 es mucho mayor que la de los otros isótopos de estroncio. Los científicos pueden comparar la proporción del estroncio-87 con el total cantidad de isótopos de estroncio estables para calcular el nivel de descomposición que produce la concentración detectada de estroncio-87. Esta técnica a menudo se usa para fechar rocas ígneas y rocas muy viejas. Potasio-argón Datación (K-Ar): el isótopo de potasio radiactivo es K-40, que se descompone en calcio (Ca) y argón (Ar) en una proporción de 88.8 por ciento de calcio a 11.2 por ciento de argón-40. Argón es un gas noble, lo que significa que no es reactivo y no formaría parte de la formación inicial de rocas o fósiles. Por lo tanto, cualquier argón que se encuentre en rocas o fósiles debe ser el resultado de este tipo de descomposición radiactiva. La vida media del potasio es de 1,25 mil millones de años, lo que hace que esta técnica sea útil para fechar muestras de rocas que oscilan entre aproximadamente 100,000 Hace años (durante la era de los primeros humanos) hace unos 4.300 millones de años. El potasio es muy abundante en la Tierra, lo que lo hace ideal para la datación porque se encuentra en algunos niveles en la mayoría de los tipos de muestras. Es bueno para datar rocas ígneas (rocas volcánicas). Datación del carbono 14 (C-14): el carbono 14 ingresa a los organismos desde la atmósfera. Cuando el organismo muere, no puede entrar más isótopo de carbono-14 en el organismo, y comenzará a descomponerse a partir de ese punto. El carbono-14 se descompone en nitrógeno-14 en la vida media más corta de todos los métodos (5,730 años), lo que lo hace perfecto para fechar fósiles nuevos o recientes. Se usa principalmente para materiales orgánicos, es decir, fósiles de animales y plantas. El carbono 14 no se puede usar para muestras de más de 60,000 años de antigüedad. En cualquier momento, los tejidos de los organismos vivos tienen la misma proporción de carbono 12 a carbono 14. Cuando un organismo muere, como se señaló, deja de incorporar carbono nuevo en sus tejidos, por lo que la posterior descomposición de carbono-14 a nitrógeno-14 altera la relación de carbono-12 a carbono-14. Al comparar la proporción de carbono-12 a carbono-14 en materia muerta con la proporción cuando ese organismo estaba vivo, los científicos pueden estimar la fecha de la muerte del organismo.
permite a los científicos determinar las edades de los objetos, incluidas las edades de las rocas, que van desde miles de años de miles de millones de años a un maravilloso grado de precisión.
Radiometría: ¿Cómo funciona?
¿Por qué usar esta herramienta?
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, algunos de los cuales son "radiactivos" (es decir, emiten espontáneamente partículas subatómicas a una velocidad conocida).
, por lo que la identidad del elemento no cambia, sino diferentes números de neutrones
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El concepto de Half-Life
. Los isótopos radiactivos obedecen este principio, y tienen tasas de desintegración muy diferentes.
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Una definición de helado de vida media
Ecuaciones clave en datación radiométrica
A de una muestra, generalmente medida en desintegraciones por segundo o dps. Esto se expresa simplemente como:
Usos de la datación radiométrica
Ejemplos de datación radiométrica
