La DATACIÓN RADIACTIVA: calculando la edad de las rocas en el laboratorio
En este artículo hablaremos sobre la Datación Radiactiva, dando una explicación sobre cómo puede ser calculada la edad de las rocas en un laboratorio.
El tiempo de vida media
¿Alguna vez te preguntaste cómo puede saberse la edad de un meteorito, una roca o un fósil? En la paleontología, estos datos son importantísimos, así como para estudiar la edad de nuestro propio planeta. Averigüemos cómo lo hacen.
En otros artículos de Ensamble de Ideas, hemos visto el concepto de tiempo de vida media, el cual es el tiempo que tarda una muestra de cierta sustancia en reducir su concentración a la mitad. ¿Qué significa todo esto?
Sencillo: imagina tener una cantidad de materia que es radiactiva, es decir, que emite radiación constantemente. La pesas y ves, en tu balanza, que tienes 40g de esa sustancia. Si el tiempo de vida de tu sustancia fuera de 2 días, significa que pasados dos días desde que lo pesaste tendrás 20g de sustancia. En los siguientes dos días (es decir, cuatro días después de que lo pesaste), te quedarán sólo 10 días. Lo importante es que veas que no significa que te quedarás sin sustancia sino que la concentración bajó a la mitad.
¿Y qué pasó con la parte “perdida”? En realidad, parte de la materia se transformó en energía (que llamaremos energía radiante) y quedarán partículas mucho más pequeñas o sencillas.
Datación por isótopos de uranio-238
¿Qué elementos radiactivos se te vienen a la mente? Lo más común es pensar en elementos como el uranio o el plutonio. Pues sí, ellos son los más comunes, pero existen muchos más. Ya que algunos miembros de la serie del uranio tienen vidas medias muy largas, resultan particularmente adecuadas para calcular la edad de rocas en la Tierra y en objetos extraterrestres.
Existe una partícula llamada “uranio-238” (pues su masa atómica es de 238, el más abundante en la naturaleza). A medida que pasa el tiempo, este uranio -presente en los minerales- irá descomponiéndose en partículas mucho más sencillas. En particular, el uranio-238 libera energía radiante y pasa a ser otra partícula más pequeña, el plomo-206. El tiempo de vida media del uranio-238 es de \( 4,51\cdot 10^{9}\), esto es unos 4.510.000.000 años (¡casi la misma edad que tiene nuestro planeta!)
Teniendo en cuenta lo dicho anteriormente, en las rocas actuales se deberían encontrar (y en efecto, se encuentran) algunos isótopos de plomo-206 formados por decaimiento radiactivo. Suponiendo que no había plomo presente cuando el mineral se formó y que el mineral no ha sufrido cambios químicos que pudieran provocar la separación del isótopo de plomo-206 del uranio-238 padre, es posible calcular la vida de las rocas a partir de la relación de masas de 206Pb a 238U.
La Ecuación 1 indica que por cada mol o 238g de uranio que sufre un decaimiento completo, se forma un mol o 206g de plomo. Interesantes estudios basados tanto en las series de uranio como en otras series de decaimiento radiactivo permiten determinar la vida de las rocas de mayor edad y, por lo tanto, probablemente a la vida de la Tierra misma, en unos 4,5 x 109 ó 4,5 mil millones de años.
Datación por isótopos de potasio-40
Respecto de la datación mediante la utilización de isótopos de potasio-40, se puede decir que ésta es una de las técnicas más importantes en Geoquímica. El isótopo radiactivo de potasio-40 decae de varias formas distintas, pero la más relevante en lo que respecta a la determinación de antigüedades es la de captura de electrones:
La acumulación de argón-40 gaseoso se usa para medir la vida de un espécimen. Cuando un átomo de potasio-40 decae en un mineral, el argón-40 que se forma queda atrapado en la red del mineral y sólo puede escapar si el material se funde. La fundición es, por lo tanto, el procedimiento para analizar una muestra de mineral de laboratorio.
La cantidad de argón-40 presente puede medirse convenientemente con un espectrómetro de masas. Conociendo la relación de argón-40 a potasio-40 en el mineral y la vida media del decaimiento es posible establecer la edad de rocas que tienen entre miles y billones de años de edad.
¿Qué es la espectrometría de masas?
La espectrometría de masas es una técnica experimental que permite la medición de iones derivados de moléculas. El espectrómetro de masas es un instrumento que permite analizar con gran precisión la composición de diferentes elementos químicos e isótopos atómicos, separando los núcleos atómicos en función de su relación masa-carga.
Aquí concluimos nuestro recorrido por el útil mundo de los fenómenos ligados a la datación radiactiva. Es evidente que su descubrimiento fue uno de los más importantes de la historia científica por sus usos contemporáneos. Es evidente que su descubrimiento es insoslayable para el desarrollo de la ciencia misma.
NTICx en la Escuela
Podrás “jugar” con la datación radiactiva con la aplicación descargable para PC propuesta el PhET Colorado disponible en https://phet.colorado.edu/es/simulation/radioactive-dating-game