Los Orígenes de la Pizarra de Chattanooga

Introducción

Como geólogo cuyo pasatiempo es el debate sobre la creación/evolución, leo ocasionalmente artículos de interés profesional que aparecen en el "Creation Research Society Quarterly" (CRSQ) para mantenerme al día con el pensamiento creacionista actual en el campo de la geología.

En la edición de diciembre de 1996, un artículo de Carl Froede Jr., titulado "Una teoría sobre el origen volcánico de las pizarras y arcillas radiactivas: ejemplos de los Estados Unidos del Sureste", sostenía que la Pizarra de Chattanooga del Devónico de América Central y el Grupo Hawthorn del Terciario de Florida eran cenizas volcánicas alteradas depositadas durante el Diluvio Bíblico. Froede también argumentó que la fuente del uranio encontrado en estas formaciones es un depósito primario de esta ceniza.

Dado que sus argumentos eran de naturaleza falsable, escribí dos cartas privadas al Sr. Froede explicando los problemas con sus afirmaciones. Me desafió a presentar estos argumentos en el CRSQ para que los lectores de esa publicación tuvieran la oportunidad de comparar los dos puntos de vista.

Este artículo fue enviado a la CRSQ para su publicación como un artículo de "Comentarios". El editor solicitó que el artículo se redujera a entre 1/3 y 1/4 de su longitud actual. Si el artículo se hubiera reducido como se solicitó, gran parte de su impacto se habría perdido. Por lo tanto, he permitido que este artículo se publique en Internet para que mi crítica completa pueda ser presentada al público.

Dado que el CRSQ no es una revista revisada por pares, solo mediante someter sus artículos a un escrutinio público es posible evaluar su calidad. Por lo tanto, invito a educadores y científicos de todos los campos a unirse a mí para presentar críticas de sus artículos.

Valoración del artículo

Mi atención fue recientemente atraída por un artículo, Una teoría para el origen volcánico de pizarras y arcillas radiactivas: ejemplos de los Estados Unidos del Sureste de Carl R. Froede, Jr., que apareció en la edición de diciembre de 1996 de la Revista Cuatrimestral de la Sociedad de Investigación Creacionista. La postura del Sr. Froede era que la Pizarra de Chattanooga del Devónico y el Grupo Hawthorn del Terciario de Florida fueron depositados como ceniza volcánica. Al ser un geólogo de Tennessee, me sorprendió no solo la postura del Sr. Froede, que va en fuerte contra la interpretación convencional, sino también el hecho de que no había presentado ninguna evidencia de campo original para respaldar su argumento. El artículo fue únicamente una reinterpretación siguiendo las directrices creacionistas de artículos de revistas principales. Si el Sr. Froede va a presentar una hipótesis totalmente nueva que ofrezca una interpretación contraria al pensamiento geológico principal, es incumbencia suya presentar una gran cantidad de investigación original con evidencia que respalde su hipótesis.

El propósito de publicar artículos en revistas es informar sobre nuevos datos obtenidos de la investigación original y, si está justificado, proponer una nueva hipótesis para explicar esos datos. Aunque el Sr. Froede no ha presentado datos originales, afirma en el título que su postura es una "teoría". Las teorías científicas son hipótesis que cuentan con mucha evidencia de apoyo. No solo explican datos, sino que también predicen nuevos hallazgos. La teoría de los gérmenes y la teoría de la gravedad vienen inmediatamente a la mente como ejemplos de teorías científicas probadas y comprobadas. El Sr. Froede solo ha elevado su argumento al nivel inicial de explicación científica: la hipótesis.

Limitaré mis comentarios al Shale de Chattanooga, ya que estoy más familiarizado con él. Mientras examinaba el trabajo del Sr. Froede, intenté mantener en cuenta si hay evidencia de su hipótesis en el Shale de Chattanooga. Sin embargo, después de estudiarlo, parece que hay varias evidencias presentes en el Shale de Chattanooga que hablan en contra de su hipótesis.

¿Proveen los volcanos elementos radiactivos suficientes para igualar lo que se observa en las rocas?

La tesis completa del Sr. Froede es que las rocas volcánicas contienen suficiente uranio primario para explicar la cantidad observada en el Shale de Chattanooga. Él afirma:

Se han identificado muchos depósitos de ceniza volcánica que contienen niveles significativos de elementos radiactivos. Daniels (1954, p. 193-194) cita la recopilación de muchos depósitos de ceniza volcánica que se encontraron conteniendo tanto uranio como torio.

La lava y las cenizas, tanto ácidas como básicas, procedentes de muchos volcanes diferentes, contienen menos de 1 ppm hasta 11 ppm de uranio. En la mayoría de los casos, los conteos de alfa son lo suficientemente altos como para mostrar que también está presente el torio. La cantidad de materiales radiactivos emitidos por los volcanes es pequeña, y varía enormemente según la ubicación del volcán y la etapa de la erupción.

Un poco más adelante, el Sr. Froede dice:

...informa sobre la lixiviación y precipitación de uranio y torio, desde fuentes que contienen elementos radiactivos, a través de las aguas subterráneas. La ceniza volcánica se identifica ahora como la fuente de muchos yacimientos de mineral de uranio en el oeste de los Estados Unidos (Nations y Stump, 1981, p. 202-203; Sharp y Kyle, 1988, p. 470; Wood y Fernandez, 1988, p. 363).

La tesis de Froede es que la fuente del contenido de uranio en la ceniza volcánica es primaria. Es decir, el uranio estaba presente cuando el material fue erupcionado. Pero las referencias que cita no apoyan su postura. Wood y Fernandez (p. 363) reconocen que "el alto contenido de uranio en las rocas volcánicas félsicas, en comparación con las básicas, las hace las fuentes más atractivas". (Aquí, Wood y Fernandez usan la palabra "fuentes" para referirse a depósitos minerales, lo cual se establece en la primera oración de esta sección de su artículo.) Pero la siguiente oración afirma que "la concentración de uranio en las rocas volcánicas ocurre por precipitación directa desde fluidos magmáticos, precipitación desde fluidos hidrotermales y remobilización de uranio secundario por aguas subterráneas de baja temperatura".

El Sr. Froede ha identificado erróneamente una enriquecimiento secundario de uranio como un depósito primario, lo cual no es cierto.

Por cierto, su referencia a Sharp y Kyle (1988, p. 470) otorga credibilidad a la interpretación predominante de que el uranio se concentra en la materia orgánica. Ellos dicen:

El uranio se transporta fácilmente como un ion uranilo complejo de carbonato, sulfato o fosfato en aguas subterráneas ricas en oxígeno. Cuando el agua rica en oxígeno se encuentra con un entorno químicamente reductor, el uranio se reduce al estado tetravalente y se precipita. Las condiciones reductoras par excellence suelen asociarse con la presencia de materia orgánica en medios porosos donde los anaerobios reductores de azufre descomponen los orgánicos.

Este es precisamente el ambiente de deposición del Shale de Chattanooga con su contenido orgánico del 10-20%.

El examen detallado de las referencias del Sr. Froede no proporciona apoyo para su afirmación de que los volcanes suministran uranio primario en cantidades comparables a las que se encuentran en el Shale de Chattanooga.

¿Cuál es la fuente de la materia orgánica?

El Shale de Chattanooga tiene un contenido orgánico muy alto. Sin proporcionar una fuente, el Sr. Froede argumenta que la presencia de materia orgánica se debe a escombros:

Sugiero que el Shale de Chattanooga, tal como se encuentra en Tennessee, originó como un depósito volclástico que se mezcló con escombros orgánicos.

Conant y Swanson (1957, p. 19) identifican los constituyentes orgánicos como algas marinas y madera fluvial carbonizada de una especie conocida por existir en el tiempo devónico. Dicen:

Muchos fósiles de plantas y animales están presentes en la pizarra... Los restos vegetales son mucho más abundantes y son responsables del color oscuro de la pizarra, pero la mayoría de ellos están tan degradados y en fragmentos tan pequeños que es mejor referirse a ellos simplemente como materia carbonácea. Los fósiles vegetales más grandes se ven ocasionalmente en planos de estratificación recién expuestos y son inconfundibles. J. M. Schopf del Servicio Geológico de los Estados Unidos identificó algunos de ellos como Callixylon, que llegó al mar como madera flotante desde áreas terrestres. En sección transversal, los grandes restos vegetales aparecen como capas negras brillantes delgadas, comúnmente de solo 1 a 2 mm de espesor, pero en algunos lugares de hasta 10 a 20 mm de espesor. Schopf (comunicación escrita, 1953) identificó, en muestras de diversos afloramientos, partes de las algas marinas flotantes libres Foerstia y Protosalvinia, ambas de las cuales son conocidas solo a partir de rocas de edad devoniana. También reconoció partes de la planta algoida Prototaxites y varias variedades de esporas u objetos similares a esporas que asignó al género de plantas terrestres Tasmanites [Tasmanites ahora se conoce como la quiste de una alga prasinofita marina planctónica].

El origen de la materia orgánica en el Chattanooga ha sido conocido durante mucho tiempo. Swanson (1960, p. 12) relata:

Cabe destacar especialmente, en relación con el alto rendimiento de petróleo de la muestra de Foerstia, que White y Stadnichenko (1923) reconocieron hace mucho tiempo esta alga en las pizarras negras del Devónico como una de las principales "plantas madre" del petróleo que puede derivarse de estas pizarras; también se señalaron las abundantes cápsulas esporales, con sus similares recubrimientos protectores "ceroso-resinosos", como sustancias fuente para el petróleo extraíble.

Por lo tanto, la única conclusión lógica es que la materia orgánica se depositó junto con los componentes minerales del Chattanooga.

¿Importan realmente los orgánicos?

El Sr. Froede no abordó las concentraciones diferenciales tanto de la materia orgánica como de su uranio asociado encontrados en secciones verticales del Chattanooga. Si la vida vegetal en el mar hubiera sido destruida en el momento de la lluvia de cenizas hipotetizada por el Sr. Froede, uno esperaría ver una sola zona de material carbonáceo. Esto no es lo que se observa. Como se mencionó anteriormente, el Chattanooga tiene un contenido orgánico excepcionalmente alto. Las zonas de surgencia, con su alta actividad biológica, acumulan grandes cantidades de materiales orgánicos, los cuales se convierten en trampas para el uranio disuelto. Esta afinidad del uranio disuelto por la materia orgánica explica la correlación entre los orgánicos y el uranio (Swanson, 1960, figs. 6 y 7). Otras unidades dentro del Chattanooga (véase a continuación), sin material orgánico concentrado, no muestran esta enriquecimiento de uranio.

El Sr. Froede observa:

Un origen singénico también encajaría para los elementos radiactivos derivados de una capa de ceniza volcánica. La única diferencia sería una de tiempo.

El trabajo realizado por Milici y Roen (1981, p. 2) ha demostrado que el Shale de Chattanooga puede dividirse en cuatro unidades basadas en el color, que a su vez es una función del contenido orgánico. Sin embargo, su estudio no reportó los niveles de radiactividad encontrados en cada intervalo.

El artículo de Milici y Roen abordó un área en Tennessee Oriental. En Tennessee Central, el Chattanooga se divide en cinco unidades estratigráficas (Swanson, 1960, p. 8). Las dos inferiores son los Miembros Lower y Upper Dowelltown, mientras que las tres superiores son los Miembros Lower, Middle y Upper Gassaway. La materia orgánica y el uranio están concentrados en el Lower Dowelltown y en los Lower y Upper Gassaway. El Upper Dowelltown y el Middle Gassaway tienen concentraciones relativamente bajas de materia orgánica y uranio. En la investigación para "Mapa Isopáco y Estructural del Shale de Chattanooga en Tennessee" (en curso), esta variación en la concentración de uranio ha sido notada a partir de las firmas de registros de neutrones y rayos gamma realizados en numerosos pozos de prueba de petróleo y gas.

La variación de la materia orgánica en secciones verticales del Chattanooga habría proporcionado al Sr. Froede información importante si solo hubiera reconocido dicha variación. No solo la materia orgánica aparece a lo largo de toda la sección, sino que su concentración también varía verticalmente. Si todo el material hubiera caído junto como él sostiene, deberíamos observar una correlación negativa entre el uranio y el contenido orgánico, ya que las concentraciones aumentadas de materia orgánica diluyen el contenido de uranio de una zona. Desafortunadamente para la hipótesis del Sr. Froede, Swanson ha demostrado concluyentemente que el contenido de uranio se correlaciona positivamente, no negativamente, con el contenido orgánico.

¿Es el Shale de Chattanooga un depósito de ceniza caída?

El Sr. Froede hace la siguiente afirmación:

Además, como se citó anteriormente, muchas de las capas de esquisto y arcilla radiactivas se encuentran como unidades lateralmente continuas que se extienden sobre miles de millas cuadradas [tres referencias], y esto claramente encaja dentro de una descripción de una caída de ceniza volcánica.

El Sr. Froede hace una afirmación válida de que las unidades son muy extendidas, pero luego hace una afirmación infundada de que esto es evidencia de una caída de ceniza. Una forma de determinar si el Shale de Chattanooga es un depósito de caída de ceniza sería comparar los isopacos (mapas que conectan puntos de igual espesor) del Shale de Chattanooga y sus correlativos con los isopacos de caídas de ceniza volcánica conocidas. El isopaco de la erupción mayor del Monte St. Helens el 18 de mayo de 1980 se muestra en la Figura 1 (Sarna-Wojcicki, et al., 1981, fig. 336). Un mapa de la erupción mucho mayor del Monte Pinatubo en Filipinas se muestra en la Figura 2 (Wiesner, et al., 1995, fig. 1). Obsérvese que los espesores se expresan en milímetros para la Figura 1 y en centímetros para la Figura 2. Obsérvese también que las formas de ambos isopacos están dictadas por la dirección del viento predominante.

Figura 1. Mapa de isopacas de los materiales expulsados por caída aérea de la erupción del 18 de mayo de 1980 del volcán Mt. St. Helens. Las líneas representan el espesor sin compactar, en milímetros. (Reproducido con permiso de Sarna-Wojcecki, et al., Fig. 336.)

Figura 2. Isopaca, en centímetros, de teфра procedente de la erupción de 1991 del Monte Pinatubo determinada a partir de núcleos del fondo marino. El área sombreada indica la extensión de la teфра de caída. (Reproducido con permiso de Wiesner, et al., Fig. 1.)

En su descripción de las enormes erupciones ordovícicas, Huff et al. (1992, p. 876) afirman que estas erupciones "tienen patrones de dispersión en forma de paraguas que pueden anular las direcciones del viento predominantes". Ninguno de los dos mapas, ni el isopach en forma de paraguas sugerido por Huff, comparte ninguna similitud con el mapa de isopach de la Pizarras de Chattanooga y correlatos en el este de los Estados Unidos (Matthews, 1993, fig. 3) mostrado en la Figura 3. Observe que los espesores en este mapa se expresan en cientos y, hacia el este, en miles de pies. Además, las formas de los contornos no tienen ninguna reminiscencia de las de las Figuras 1 y 2.

Figura 3. Grosor preservado de la pizarra del Devónico-Misisípico en los Estados Unidos orientales. (Reproducido con permiso de Matthews, 1983, Fig. 3.)

Además, por favor, observe en la Figura 4 el área de depósito del Shale de Chattanooga y sus equivalentes. El gran tamaño y forma del área de distribución hablan en contra de la hipótesis del Sr. Froede.

Figura 4. Extensión aproximada del Mar de Chattanooga (Reproducido con permiso de Weil, et al., Fig. 1.)

¿Qué dicen las rocas?

El Chattanooga y sus correlativos son conocidos por su litología casi invariable. El cuarzo que constituye un gran porcentaje del Chattanooga es uniformemente de grano fino a muy fino en toda su área de preservación. Hay muy poca gradación de tamaño. Conant y Swanson (1961, p. 43-45) describen el cuarzo en el Chattanooga de la siguiente manera:

Las siguientes generalidades se derivan del estudio de láminas delgadas de rocas en el esquisto de Chattanooga: (a) Los principales granos minerales detríticos del esquisto negro masivo son cuarzo de tamaño limo y cantidades algo menores de arcilla y mica, y estos granos están bien clasificados... Una de las características microscópicas más notables del esquisto negro aparentemente casi masivo es una laminación bien marcada que resulta de un alto grado de clasificación de los granos...

CUARZO

El cuarzo extremadamente fino-granulado es el constituyente principal de los lechos de esquisto negro de Chattanooga y probablemente constituye alrededor del 20 al 25 por ciento de la roca. Se observan partidas de limo de cuarzo a lo largo de toda la formación, y el examen petrográfico muestra que incluso las partidas más finas son especialmente características de lo que aparece en la afloración como la parte más masiva de la formación (pl. 11b). Dentro del esquisto negro más denso hay capas microscópicas, comúnmente de menos de 0,1 mm de espesor, compuestas de granos de cuarzo que van desde 0,02 a 0,06 mm y que promedian aproximadamente 0,03 mm en diámetro máximo. El cuarzo aún más fino, con un diámetro que va desde aproximadamente 0,004 a 0,012 mm y que promedia 0,008 mm, se dispersa bastante uniformemente a lo largo de todo el esquisto masivo... En general, los granos de cuarzo son granos de arena típicos que muestran varios grados de redondez pero pocas otras características indicativas de su historia.

¿Hay fragmentos de roca volcánica en el Chattanooga?

El Sr. Froede no presentó ninguna evidencia de ningún tipo de roca volcánica en el Chattanooga. Si hubiera encontrado muestras de tofa andesítica o fenocristales angulares, su hipótesis posiblemente habría tenido al menos algún apoyo. Sin embargo, no se menciona la presencia de ningún tipo de roca tal, ya sea en estado fresco o alterado por el clima.

¿Podría la ceniza volcánica real proporcionar suficiente material?

Las bentonitas son reconocidas por la geología convencional como formadas por erupciones volcánicas. De hecho, las bentonitas T-3 y T-4 en la caliza de Carters del Ordoviciense Medio de Tennessee Medio (Wilson, 1949, p. 62) se interpretan como ceniza de riolita alterada. Las bentonitas contienen biotita, un mineral ígneo común. Otras bentonitas bien conservadas contienen fragmentos de vidrio volcánico, pumita y burbujas (Rose y Chesner, 1987, p. 914). Las bentonitas T-3 y T-4 (Dieke y Millbrig, respectivamente) se depositaron durante una erupción descrita por Huff et al. (1992, p. 875) y revisada y actualizada en Huff et al. (1996, p. 285-301). Los equivalentes de roca densa (DRE) mínimos de las erupciones que formaron estas dos bentonitas fueron 2.481 km³. Para dar una perspectiva de la magnitud de esta erupción en relación con otras erupciones modernas, se reproduce a continuación la siguiente tabla con permiso de Huff (1992, tabla 2).

Por grandes que fueran estas dos erupciones, los espesores de las bentonitas T en la zona de Tennessee Medio están del orden de 6 pulgadas (15 cm). Esto no tiene nada que ver con el espesor del Shale de Chattanooga. Se ha encontrado que tiene un espesor promedio en Tennessee entre 84 y 85 30' W. Longitud de 33.7 pies (10.3 m) (Moore, en curso) basado en espesores de más de 800 pozos de prueba de petróleo y gas.

¿Qué dicen los minerales de arcilla del Chattanooga?

La ceniza volcánica se altera en el mineral arcilloso smectita (montmorillonita) (Berry y Mason, 1959, p. 509). Posteriormente, la alteración a una composición de capas mixtas de illita-smectita ocurre debido al enterramiento progresivo, la metamorfosis de contacto y la alteración hidrotermal, entre otros mecanismos (Elliot, et al., 1991, p. 436). Bates y Strahl (1957, p. 1308) reportan un análisis de la mineralogía arcillosa de una muestra del Chattanooga como mayoritariamente illita con algo de caolinita presente. No se encontró smectita. Por lo tanto, la mineralogía arcillosa del Chattanooga no apoya la afirmación del Sr. Froede.

¿Es la pizarra de Chattanooga realmente un mineral?

Aunque hay varios otros, la última afirmación errónea del Sr. Froede a la que me referiré es la siguiente:

Los niveles de uranio encontrados dentro de la pizarra son lo suficientemente altos como para calificar a la pizarra como un mineral de uranio (Upham, 1992, p. 47).

El Glosario de Geología define el mineral como "el material que ocurre naturalmente del cual se puede extraer un mineral, o minerales, de valor económico". El calificativo de beneficio en la definición es muy importante. A menos que se pueda esperar una ganancia monetaria de una operación, que cuesta millones de dólares para financiar, no tiene sentido desarrollarla a menos que perder dinero sea el objetivo.

A continuación se presenta la parte pertinente de las observaciones de Upham sobre la viabilidad económica. Resulta evidente que Upham dijo algo muy diferente a lo que alega el Sr. Froede, y las condiciones económicas actuales no respaldan la afirmación de que el Shale de Chattanooga es un mineral de uranio.

El uranio se encuentra en varios diferentes contextos mineralógicos en Tennessee, aunque los minerales de uranio discretos e identificables son muy raros aquí. Se han reportado concentraciones que van desde 0.001 hasta 0.03 por ciento. Ninguna de estas ha demostrado ser económicamente significativa, la mayoría estando por debajo del grado de mineral por un factor de 10 o más ... La fuente más prometedora de uranio en Tennessee es la pizarra de Chattanooga negra y carbonosa, que contiene entre 0.001 y 0.03 por ciento de uranio diseminado. (Énfasis añadido.)

Conclusiones

Además de la falta de cualquier nueva información, datos o evidencia, los problemas con la hipótesis de caída de cenizas del Sr. Froede son, en resumen:

1. Los volcanes no son una fuente de radiactividad significativa. Las concentraciones de uranio en la ceniza volcánica son deficientes en uranio por un factor de entre cinco y diez en comparación con las concentraciones promedio en el Chattanooga.

2. Las algas, esporas de plantas y restos de madera de plantas devónicas conocidas son las fuentes de la materia orgánica en el Shale de Chattanooga.

3. La variación vertical de la materia orgánica y el uranio en la sección de Chattanooga da credibilidad a la interpretación mainstream del origen del Shale de Chattanooga. La hipótesis del Sr. Froede está en contradicción con la correlación positiva observada entre la materia orgánica y el uranio.

4. Una comparación de mapas de isopacas y geográficos de erupciones volcánicas y de la distribución del Shale de Chattanooga no ofrece evidencia de un origen volcánico en términos de forma y volumen.

5. El Chattanooga está compuesto por granos de arena muy bien clasificados, de tamaño de limo, redondeados, mientras que los eyectados volcánicos varían enormemente tanto en tamaño, forma de cristal, distribución vertical del tamaño de grano, y distribución geográfica.

6. No se presentó evidencia de la presencia de ningún tipo de roca volcánica o cristales minerales volcánicos frescos.

7. Las erupciones volcánicas son incapaces de producir una cantidad suficiente de material para explicar los espesores observados y la distribución de área del Chattanooga.

8. La mineralogía de arcillas del Shale de Chattanooga (illita sin smectita) refleja un origen erosivo en lugar de alteración de ceniza volcánica.

9. Uno solo puede preguntarse por qué el Sr. Froede afirma que las concentraciones de uranio en el Shale de Chattanooga la califican como un mineral cuando Upham claramente afirma que está por debajo de la calidad de mineral por un factor de al menos diez.

Aunque el Sr. Froede ha referenciado admirablemente las explicaciones convencionales sobre el origen de las pizarras radiactivas, al final ha descartado el papel que juega el material orgánico en la retención de elementos radiactivos y se ha centrado únicamente en su origen. Su hipótesis sobre el origen primario de las pizarras radiactivas a partir de cenizas volcánicas puede parecer viable para algunos, pero no resiste un examen riguroso ni una comparación con la evidencia.

Agradecimientos

Quiero expresar mi profunda gratitud a varios miembros habituales de talk.origins que leyeron críticamente el manuscrito y ofrecieron sugerencias muy útiles para su preparación.

Referencias

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Biografía

James Moore ha sido geólogo en la División de Geología de Tennessee en Nashville durante los últimos 25 años. Sus intereses de investigación incluyen la cartografía geológica en terrenos del período Pensilvaniano afectados por fallas, y actualmente está realizando investigaciones para un mapa estatal de la espesor y estructura de la Pizarras de Chattanooga. Criticar el creacionismo es uno de sus pasatiempos.