Datación radiométrica y la escala geológica del tiempo

Resumen

• Introducción
• Antecedentes
  • Principios estratigráficos y tiempo relativo
  • Bioestratigrafía
  • Datación radiométrica: Calibración de la escala de tiempo
• Un ejemplo teórico
• ¿Circularidad?
• Ejemplos específicos: Cuando la datación radiométrica "funciona" (o no)
• Conclusiones
• Referencias
• Otras fuentes
• Agradecimientos

Introducción

Este documento discute la forma en que la datación radiométrica y los principios estratigráficos se utilizan para establecer la escala de tiempo geológico convencional. No se trata de la teoría detrás de los métodos de datación radiométrica, sino de su aplicación, y por lo tanto asume que el lector tiene cierta familiaridad con la técnica ya (consulte "Otras Fuentes" para más información). Como ejemplo de cómo se utilizan, las fechas radiométricas de rocas cretácicas geológicamente simples y fósiles en el oeste de América del Norte se comparan con la escala de tiempo geológico. Para llegar a ese punto, también hay una discusión histórica y descripción de métodos de datación no radiométricos.

El ejemplo utilizado aquí contrasta marcadamente con la manera en que algunos críticos caracterizan los métodos de datación científica convencionales (por ejemplo, véase la discusión en "Afirmaciones creacionistas convencionales contra los métodos de datación mainstream" en el FAQ sobre la edad de la Tierra y el FAQ sobre datación por isócronas). Una forma común de crítica es citar situaciones geológicamente complicadas donde la aplicación de la datación radiométrica es muy desafiante. Estas a menudo se caracterizan como la norma, en lugar de la excepción. Pensé que sería útil presentar un ejemplo donde la geología es simple, y, como no es sorprendente, el método funciona bien, para mostrar la calidad de los datos que tendrían que ser invalidados antes de que una revisión mayor de la escala de tiempo geológico pudiera ser aceptada por los científicos convencionales. Los geocronólogos no afirman que la datación radiométrica sea infalible (ningún método científico lo es), pero funciona de manera confiable para la mayoría de las muestras. Son estas muestras altamente consistentes y confiables, en lugar de las complicadas, las que tendrían que ser falsificadas para que las teorías de "Tierra joven" tengan alguna plausibilidad científica, sin mencionar la necesidad de falsificar grandes cantidades de evidencia de otras técnicas.

Este documento está basado en parte en una publicación anterior compuesta en respuesta a Ted Holden. Agradezco a él y a otros críticos por motivarme.

Antecedentes

Principios estratigráficos y tiempo relativo

Gran parte de la geología de la Tierra consiste en capas sucesionales de diferentes tipos de roca, apiladas una sobre otra. Las rocas más comunes observadas en esta forma son las rocas sedimentarias (derivadas de lo que fueron anteriormente sedimentos) y las rocas ígneas extrusivas (por ejemplo, lavas, cenizas volcánicas y otras rocas fundidas anteriormente extruidas sobre la superficie de la Tierra). Las capas de roca se conocen como "estratos", y el estudio de su sucesión se conoce como "estratigrafía". Fundamentales para la estratigrafía son un conjunto de principios simples, basados en la geometría elemental, la observación empírica de la forma en que se depositan estas rocas hoy en día y la gravedad. La mayoría de estos principios fueron formalmente propuestos por Nicolaus Steno (Niels Steensen, danés), en 1669, aunque algunos tienen un origen aún más antiguo que se remonta hasta los autores de la Biblia. Algunos principios fueron reconocidos y especificados más tarde. Un resumen temprano de ellos se encuentra en el Principios de Geología de Charles Lyell, publicado entre 1830-32, y no difiere mucho de una formulación moderna:

1. El principio de superposición: en una secuencia vertical de rocas sedimentarias o volcánicas, una unidad rocosa superior es más joven que una inferior. "Abajo" es más antiguo, "arriba" es más joven.
2. El principio de la horizontalidad original: las capas de roca se depositaron originalmente cerca de la horizontalidad.
3. El principio de la extensión lateral original: una unidad rocosa se extiende lateralmente a menos que exista una estructura o cambio que impida su extensión.
4. El principio de las relaciones de corte cruzado: una estructura que corta a otra es más joven que la estructura que es cortada.
5. El principio de inclusión: una estructura que está incluida en otra es más antigua que la estructura que la incluye.
6. El principio del "uniformitarismo": los procesos que operaban en el pasado estaban sujetos a las mismas "leyes de la física" que operan hoy.

Observe que estos son principios. De ninguna manera están destinados a implicar que no existen excepciones. Por ejemplo, el principio de superposición se basa, fundamentalmente, en la gravedad. Para que una capa de material se deposite, algo debe estar debajo de ella para sostenerla. No puede flotar en el aire, especialmente si el material involucrado es arena, lodo o roca fundida. Por lo tanto, el principio de superposición tiene una implicación clara para la edad relativa de una sucesión vertical de estratos. Existen situaciones donde potencialmente falla -- por ejemplo, en los depósitos de cuevas. En esta situación, los contenidos de la cueva son más jóvenes que tanto la roca madre debajo de la cueva como el techo suspendido por encima. Sin embargo, observa que debido a la "ley de relaciones de corte cruzado", un examen cuidadoso del contacto entre el relleno de la cueva y la roca circundante revelará las verdaderas relaciones de edad relativa, al igual que la "ley de inclusión" si se encuentran fragmentos de la roca circundante dentro del relleno. Los depósitos de cuevas también a menudo tienen estructuras distintivas propias (por ejemplo, espeleotemas como estalactitas y estalagmitas), por lo que es poco probable que alguien pueda confundirlas con una secuencia sucesiva de unidades rocosas.

Estos principios geológicos tampoco son suposiciones. Cada uno de ellos es una hipótesis comprobable sobre las relaciones entre las unidades rocosas y sus características. Se aplican por los geólogos en el mismo sentido en que se aplica una "hipótesis nula" en estadística: no necesariamente correcta, solo comprobable. En los últimos 200 o más años de su aplicación, son frecuentemente válidos, pero los geólogos no asumen que lo sean. Son las "hipótesis de trabajo iniciales" que deben ser comprobadas ulteriormente con datos.

Utilizando estos principios, es posible construir una interpretación de la secuencia de eventos para cualquier situación geológica, incluso en otros planetas (por ejemplo, un impacto de cráter puede cortar una superficie preexistente más antigua, o los cráteres pueden superponerse, revelando sus edades relativas). La situación más sencilla para un geólogo es una sucesión de "pastel de capas" de unidades rocosas sedimentarias o ígneas extrusivas dispuestas en capas casi horizontales. En tal situación, el "principio de superposición" se aplica fácilmente, y las estratos hacia la base son más antiguos, mientras que los hacia la parte superior son más jóvenes.

Esta orientación no es una suposición, ya que en casi todas las situaciones también es posible determinar la orientación original "hacia arriba" en la sucesión estratigráfica a partir de los "indicadores de orientación hacia arriba". Por ejemplo, las ondulaciones por acción de las olas tienen sus crestas puntiagudas en el lado "hacia arriba" y sus valles más redondeados en el lado "hacia abajo". Muchos otros indicadores están comúnmente presentes, incluyendo aquellos que incluso pueden indicarle el ángulo de la superficie de deposición en el momento ("estructuras geopetales"), "asumiendo" que la gravedad estaba "hacia abajo" en ese entonces, lo cual no es mucho una suposición :-).

En situaciones más complicadas, como en una cordillera montañosa, a menudo hay fallas, pliegues y otras complicaciones estructurales que han deformado y "fragmentado" la estratigrafía original. A pesar de esto, el "principio de relaciones de corte cruzado" puede utilizarse para determinar la secuencia de deposición, pliegues y fallas basándose en sus intersecciones -- si los pliegues y fallas deforman o cortan a través de las capas sedimentarias y superficies, entonces claramente vinieron después de la deposición de los sedimentos. ¡No puedes deformar una estructura (p. ej., estratificación) que aún no existe! Incluso en situaciones complejas de múltiples deposiciones, deformaciones, erosión, deposición y eventos repetidos, es posible reconstruir la secuencia de eventos. Incluso si el plegamiento es tan intenso que algunas de las estratas ahora están boca abajo, este hecho puede reconocerse con indicadores de "hacia arriba".

Independientemente de la situación geológica, estos principios básicos generan de manera fiable una historia reconstruida de la secuencia de eventos, tanto deposicionales, erosionales, deformacionales, como otros, para la geología de una región. Esta reconstrucción se prueba y perfecciona a medida que se recopila nueva información de campo, y puede (y a menudo se) realizar completamente de forma independiente de cualquier cosa relacionada con otros métodos (por ejemplo, fósiles y datación radiométrica). La historia reconstruida de los eventos forma una "escala de tiempo relativa", porque es posible determinar que el evento A ocurrió antes del evento B, el cual ocurrió antes del evento C, independientemente de la duración real del tiempo entre ellos. A veces este estudio se denomina "estratigrafía de eventos", un término que se aplica independientemente del tipo de evento que ocurre (biológico, sedimentológico, ambiental, volcánico, magnético, diagénico, tectónico, etc.).

Estas técnicas simples se han aplicado ampliamente y con éxito desde al menos principios del siglo XVIII, y para principios del siglo XIX, los geólogos habían reconocido que existían muchas similitudes evidentes en cuanto a la secuencia de eventos geológicos reconstruidos independientemente observada en diferentes partes del mundo. Una de las primeras escalas de tiempo relativo (1759) basada en esta observación fue la subdivisión de la estratigrafía de la Tierra (y por lo tanto su historia), en los estratos "Primario", "Secundario", "Terciario" y más tarde (1854) "Cuaternario", basándose principalmente en tipos de roca característicos en Europa. Las dos últimas subdivisiones, en una forma emendada, siguen siendo utilizadas hoy en día por los geólogos. La más antigua, "Primario", es algo similar al Paleozoico y al Precámbrico modernos, y el "Secundario" es similar al Mesozoico moderno. Otra observación fue la similitud de los fósiles observados dentro de la sucesión de estratos, lo que lleva al siguiente tema.

Bioestratigrafía

A medida que los geólogos continuaron reconstruyendo la historia geológica de la Tierra a finales del siglo XVIII y principios del XIX, rápidamente reconocieron que la distribución de fósiles dentro de esta historia no era aleatoria: los fósiles aparecían en un orden consistente. Esto era cierto a escala regional e incluso global. Además, los organismos fósiles eran más únicos que los tipos de roca y mucho más variados, ofreciendo el potencial para una subdivisión mucho más precisa de la estratigrafía y los eventos que la componen.

El reconocimiento de la utilidad de los fósiles para una "datación relativa" más precisa suele atribuirse a William Smith, un ingeniero de canales que observó la sucesión de fósiles mientras excavaba en las rocas del sur de Inglaterra. Pero científicos como Albert Oppel descubrieron los mismos principios aproximadamente al mismo tiempo o incluso antes. En el caso de Smith, al utilizar observaciones empíricas de la sucesión de fósiles, fue capaz de proponer una subdivisión detallada de las rocas y cartografiar las formaciones del sur de Inglaterra en uno de los primeros mapas geológicos (1815). Otros investigadores en el resto de Europa y, eventualmente, en el resto del mundo, pudieron comparar directamente la misma sucesión de fósiles en sus áreas, incluso cuando los tipos de roca variaban a una escala más fina. Por ejemplo, en todo el mundo, los trilobites se encontraban más abajo en la estratigrafía que los reptiles marinos. Los dinosaurios se encontraron después de la primera aparición de plantas terrestres, insectos y anfibios. Las plantas terrestres que producen esporas, como las helechos, siempre se encontraron antes de la aparición de las plantas con flores. Y así sucesivamente.

La observación de que los fósiles ocurren en una sucesión consistente se conoce como el "principio de sucesión faunal (y floral)". El estudio de la sucesión de fósiles y su aplicación a la datación relativa se conoce como "bioestratigrafía". Cada incremento de tiempo en la estratigrafía podría caracterizarse por un conjunto particular de organismos fósiles, formalmente denominado una "zona" bioestratigráfica por los paleontólogos alemanes Friedrich Quenstedt y Albert Oppel. Estas zonas luego podrían rastrearse en grandes regiones y, eventualmente, a nivel global. Grupos de zonas se utilizaron para establecer intervalos más grandes de estratigrafía, conocidos como "etapas" geológicas y "sistemas" geológicos. El tiempo correspondiente a la mayoría de estos intervalos de roca llegó a conocerse como "edades" geológicas y "periodos", respectivamente. Para finales de la década de 1830, la mayoría de los periodos geológicos actualmente utilizados habían sido establecidos basándose en su contenido fósil y su posición relativa observada en la estratigrafía (por ejemplo, Cámbrico (1835), Ordovícico (1879), Silúrico (1835), Devónico (1839), Carbonífero (1822), Pérmico (1841), Triásico (1834), Jurásico (1829), Cretácico (1823), Terciario (1759) y Pleistoceno (1839)). Estos términos fueron precedidos por décadas por otros términos para diversas subdivisiones geológicas, y aunque hubo un debate posterior sobre sus límites exactos (por ejemplo, entre los Periodos Cámbrico y Silúrico, lo cual se resolvió mediante la propuesta del Periodo Ordovícico entre ellos), las descripciones históricas y la sucesión fósil serían fácilmente reconocibles hoy en día.

Hasta la década de 1830, la sucesión fósil había sido estudiada en un grado creciente, de tal manera que la historia general de la vida en la Tierra estaba bien comprendida, independientemente del debate sobre los nombres aplicados a sus partes y sobre dónde exactamente hacer las divisiones. Todos los paleontólogos reconocían tendencias inequívocas en la morfología a lo largo del tiempo en la sucesión de organismos fósiles. Esta observación llevó a intentos de explicar la sucesión fósil mediante diversos mecanismos. Quizás el ejemplo más conocido es la teoría de la evolución por selección natural de Darwin. Tenga en cuenta que cronológicamente, la sucesión fósil estaba bien y de forma independiente establecida mucho antes de que la teoría evolutiva de Darwin fuera propuesta en 1859. La sucesión fósil y la escala de tiempo geológico están restringidas por el orden observado de la estratigrafía —básicamente geometría— no por la teoría evolutiva.

Datación Radiométrica: Calibrando la Escala de Tiempo Relativa

Durante casi los siguientes 100 años, los geólogos operaron utilizando métodos de datación relativa, tanto basándose en los principios básicos de la geología como en la sucesión de fósiles (bioestratigrafía). Se hicieron varios intentos tan atrás como en el siglo XVIII para estimar científicamente la edad de la Tierra, y más tarde, para utilizar esto para calibrar la escala de tiempo relativa a valores numéricos (consulte "Cambios en las visiones de la historia de la Tierra" de Richard Harter y Chris Stassen). La mayoría de los intentos tempranos se basaron en las tasas de deposición, erosión y otros procesos geológicos, lo que dio lugar a estimaciones de tiempo inciertas, pero que claramente indicaron que la historia de la Tierra tenía al menos 100 millones o más de años. Un desafío a esta interpretación vino en forma de los cálculos del Lord Kelvin (William Thomson) sobre el flujo de calor desde la Tierra, y la implicación que esto tenía para la edad: en lugar de cientos de millones de años, la Tierra podría ser tan joven como decenas de millones de años. Esta evaluación fue posteriormente invalidada por el descubrimiento de la radiactividad en los últimos años del siglo XIX, que era una fuente de calor no contabilizada en los cálculos originales de Kelvin. Con esto incluido, la Tierra podría ser mucho más antigua. Las estimaciones de la edad de la Tierra volvieron nuevamente a los métodos anteriores.

El descubrimiento de la radiactividad también tuvo otro efecto secundario, aunque fue varias décadas más cuando su importancia adicional para la geología se hizo evidente y las técnicas se perfeccionaron. Debido a la química de las rocas, era posible calcular cuánto desintegración radiactiva había ocurrido desde que se formó un mineral apropiado, y cuánto tiempo había transcurrido, al observar la relación entre el isótopo radiactivo original y su producto, si se conocía la tasa de desintegración. Existían muchas complicaciones geológicas y dificultades de medición, pero los intentos iniciales del método demostraron claramente que la Tierra era muy antigua. De hecho, los números que se hicieron disponibles eran significativamente más antiguos de lo que incluso algunos geólogos esperaban: en lugar de cientos de millones de años, que era la edad mínima esperada, la historia de la Tierra era claramente de al menos miles de millones de años.

La datación radiométrica proporciona valores numéricos para la edad de una roca apropiada, generalmente expresados en millones de años. Por lo tanto, al datar una serie de rocas en una sucesión vertical de estratos previamente reconocidos con principios geológicos básicos (ver Principios estratigráficos y tiempo relativo), puede proporcionar una calibración numérica para lo que de otro modo sería solo un ordenamiento de eventos —es decir, datación relativa obtenida de la bioestratigrafía (fósiles), relaciones superposicionales u otras técnicas. La integración de la datación relativa y la datación radiométrica ha dado lugar a una serie de escalas de tiempo geológico "absolutas" (es decir, numéricas) cada vez más precisas, comenzando aproximadamente en la década de 1910 a 1930 (estimaciones simples de radioisótopos) y volviéndose más precisas a medida que se emplearon los métodos modernos de datación radiométrica (comenzando aproximadamente en la década de 1950).¹

Ejemplo teórico

Para mostrar cómo se integran los métodos de datación relativa y numérica/absoluta, es útil examinar primero un ejemplo teórico. Dado el contexto anterior, la información utilizada para una escala de tiempo geológico puede relacionarse de la siguiente manera:

Una sección estratigráfica vertical continua proporcionará el orden de ocurrencia de los eventos (columna 1 de la Figura 2). Estos se resumen en términos de una "escala de tiempo relativa" (columna 2 de la Figura 2). Los geólogos pueden referirse a intervalos de tiempo como "pre-aparición primera de la especie A" o "durante la existencia de la especie A", o "después de la erupción volcánica #1" (al menos seis subdivisiones son posibles en el ejemplo de la Figura 2). Para que este tipo de "datación relativa" funcione, debe conocerse que la sucesión de eventos es única (o al menos que los eventos duplicados se reconocen —por ejemplo, la "primera capa de ceniza" y la "segunda capa de ceniza") y que son aproximadamente sincrónicos en el área de interés. Los eventos únicos pueden ser biológicos (por ejemplo, la primera aparición de una especie particular de organismos) o no biológicos (por ejemplo, la deposición de ceniza volcánica con una química y mineralogía únicas sobre un área amplia), y tendrán grados variables de extensión lateral. Idealmente, los geólogos buscan eventos que sean inequívocamente únicos, en un orden consistente y de extensión global para construir una escala de tiempo geológica con global significancia. Algunos de estos eventos existen. Por ejemplo, el límite entre los períodos Cretácico y Terciario se reconoce en base a la extinción de un gran número de organismos globalmente (incluyendo amonites, dinosaurios y otros), la primera aparición de nuevos tipos de organismos, la presencia de anomalías geoquímicas (notablemente iridio) y tipos inusuales de minerales relacionados con procesos de impacto de meteoritos (esferulitas de impacto y cuarzo chocado). Estos tipos de eventos distintivos proporcionan confirmación de que la estratigrafía de la Tierra es genuinamente sucesional a escala global. Incluso sin ese conocimiento, todavía es posible construir escalas de tiempo geológicas locales.

Aunque la idea de que los eventos físicos y bióticos únicos son sincrónicos pueda sonar como una "suposición", no lo es. Ha sido y puede ser probada de innumerables maneras desde el siglo XIX, en algunos casos siguiendo físicamente unidades distintas lateralmente durante cientos o miles de kilómetros y observando con gran cuidado si el orden de los eventos cambia. Los geólogos a veces encuentran eventos que son "diacrónicos" (es decir, no de la misma edad en todas partes), pero a pesar de esta debida precaución, tras extensas pruebas, es evidente que muchos eventos realmente son sincrónicos hasta los límites de la resolución ofrecida por el registro geológico.

Porque cualquier localidad recién estudiada tendrá datos fósiles, superposicionales o radiométricos independientes que aún no se han incorporado a la escala geológica global del tiempo, todos los tipos de datos sirven tanto como una prueba independiente entre sí (a escala local), como de la escala geológica global del tiempo misma. La prueba es más que una simple evaluación de "correcto" o "incorrecto", porque existe cierto nivel de incertidumbre en todas las determinaciones de edad. Por ejemplo, una inconsistencia puede indicar que un límite geológico particular ocurrió hace 76 millones de años, en lugar de hace 75 millones de años, lo cual podría ser motivo para revisar la estimación de la edad, pero no hace que la estimación original sea flagrantemente "incorrecta". Depende de la situación exacta y de cuántos datos están presentes para probar hipótesis (por ejemplo, ¿podría el rango de un fósil ser un poco diferente de lo que se pensaba anteriormente, o ¿podría el límite entre dos períodos de tiempo ser una edad numérica ligeramente diferente?). Sea cual sea la situación, la escala geológica global actual hace predicciones sobre las relaciones entre la datación relativa y absoluta a escala local, y la incorporación de nuevos datos significa que la escala geológica global se perfecciona continuamente y se conoce con una precisión creciente. Esta tendencia se puede observar al revisar la historia de las escalas de tiempo geológicas propuestas (descrita en el primer capítulo de [Harland et al, 1982, p.4-5], y véase a continuación).

¿Circularidad?

La parte lamentable del proceso natural de refinamiento de las escalas de tiempo es la apariencia de circularidad si la gente no examina con suficiente cuidado la fuente de los datos. Más comúnmente, esto se caracteriza por declaraciones simplistas como:

"Los fósiles datan la roca, y la roca data los fósiles."

Incluso algunos geólogos han expresado este error (en palabras ligeramente diferentes) en obras que parecen autoritativas (por ejemplo, Rastall, 1956), por lo que es persistente, aunque sea categóricamente incorrecto (consulte Harper (1980), p. 246-247 para una refutación exhaustiva, aunque se trata de una explicación bastante técnica).

Cuando un geólogo recoge una muestra de roca para la datación radiométrica de la edad, o recoge un fósil, existen restricciones independientes sobre la edad relativa y numérica de los datos resultantes. La posición estratigráfica es una de ellas, pero hay muchas otras. No hay manera para que un geólogo elija qué valor numérico arrojará una datación radiométrica, ni en qué posición se encontrará un fósil en una sección estratigráfica. Cada pieza de datos recolectada de esta manera es una verificación independiente de lo que se ha estudiado previamente. Los datos están determinados por las rocas, no por concepciones preconcebidas sobre lo que se encontrará. Cada vez que se recoge una roca es una prueba de las predicciones hechas por la comprensión actual de la escala de tiempo geológico. La escala de tiempo es refinada para reflejar las relativamente pocas y progresivamente menores inconsistencias que se encuentran. Esto no es circularidad, es el proceso científico normal de refinar la comprensión con nuevos datos. Ocurre en todas las ciencias.

Si se encuentra un punto de datos inconsistente, los geólogos se plantean la pregunta: "¿Es esta fecha incorrecta, o está indicando que la escala de tiempo geológico actual es incorrecta?" En general, lo primero es más probable, porque hay una cantidad tan vasta de datos detrás de la comprensión actual de la escala de tiempo, y porque no se espera que cada roca preserve un sistema isotópico durante millones de años. Sin embargo, esta probabilidad estadística no se asume, se prueba, generalmente utilizando otros métodos (por ejemplo, otros métodos de datación radiométrica u otros tipos de fósiles), reexaminando los datos inconsistentes con más detalle, recopilando muestras de mejor calidad o volviéndolas a analizar en el laboratorio. Los geólogos buscan una explicación para la inconsistencia y no decidirán arbitrariamente que, "porque entra en conflicto, los datos deben ser incorrectos".

Si se trata de una pequeña pero significativa inconsistencia, podría indicar que la escala de tiempo geológico requiere una pequeña revisión. Esto ocurre regularmente. La revisión continua de la escala de tiempo como resultado de nuevos datos demuestra que los geólogos son dispuestos a cuestionarla y cambiarla. La escala de tiempo geológica está lejos de ser un dogma.

Si los nuevos datos presentan una gran inconsistencia (con "gran" refiriéndome a órdenes de magnitud), es mucho más probable que sea un problema con los nuevos datos, pero los geólogos no se satisfacen hasta que se encuentra y prueba una explicación geológica específica. Una inconsistencia a menudo significa que está ocurriendo algo geológicamente interesante, y siempre existe una pequeña posibilidad de que pueda ser el principio de una revolución en la comprensión de la historia geológica. Reconociendo que esta última posibilidad es MUY improbable. Hay casi cero probabilidad de que la comprensión general de la historia geológica (por ejemplo, que la Tierra tiene miles de millones de años) cambie. La cantidad de datos que respaldan esa interpretación es inmensa, se deriva de muchos campos y métodos (no solo la datación radiométrica), y se tendría que encontrar un descubrimiento que invalidara prácticamente todos los datos anteriores para que la interpretación cambiara considerablemente. Hasta ahora, no conozco ninguna teoría válida que explique cómo esto podría ocurrir, mucho menos evidencia a favor de tal teoría, aunque ha habido intentos altamente falaces (por ejemplo, las afirmaciones clásicas de "polvo lunar", "decaimiento del campo magnético de la Tierra" y "sal en los océanos").

Ejemplos específicos: Cuando la datación radiométrica "funciona" (o no)

Un mal ejemplo

There are many situations where radiometric dating is not possible, or where a dating attempt will be fraught with difficulty. This is the inevitable nature of rocks that have experienced millions of years of history: not all of them will preserve their age of origin intact, not every rock will have appropriate chemistry and mineralogy, no sample is perfect, and there is no dating method that can effectively date rocks of cualquier age or rock type. For example, methods with very slow decay rates will be poor for extremely young rocks, and rocks that are low in potassium (K) will be inappropriate for K/Ar dating. The real question is what happens when conditions are ideal, versus when they are marginal, because ideal samples should give the most reliable dates. If there are good reasons to expect problems with a sample, it is hardly surprising if there are!

Por ejemplo, en el apéndice "Dating Game" de su libro "Bones of Contention" (1992), Marvin Lubenow proporcionó un ejemplo de lo que ocurre cuando se data una muestra geológicamente complicada: puede ser muy difícil de analizar. Discutió el "KBS tuff" cerca del Lago Turkana en África, que es ceniza volcánica redepuesta. Contiene una mezcla de minerales de una erupción volcánica y granos minerales detríticos erosionados de otras rocas más antiguas. También es una muestra comparativamente "joven", cercana al límite práctico de los métodos de datación radiométrica empleados (datación convencional K/Ar), particularmente en el momento de los intentos iniciales de datación en 1969. Si la edad de esta unidad no fuera tan crucial para importantes fósiles hominidos asociados, probablemente no se habría datado en absoluto debido a los problemas potenciales. Después de algunas dificultades iniciales y prolongadas durante muchos años, la capa fue eventualmente datada con éxito mediante una cuidadosa preparación de la muestra que eliminó los minerales detríticos. El trabajo de Lubenow es bastante único al caracterizar el proceso científico normal de refinar una fecha difícil como un "juego" arbitrario e inapropiado, y documentar la historia del proceso en cierto detalle, como si tales problemas fueran típicos. Otro ejemplo es el artículo de "John Woodmorappe" sobre datación radiométrica (1979), que adopta un enfoque de "compilación" y ofrece solo un tratamiento superficial de las fechas individuales. Entre otros problemas documentados en un FAQ de Steven Schimmrich, muchos de los ejemplos de Woodmorappe descuidan las complejidades geológicas que se esperan que causen problemas en algunas muestras datadas radiométricamente.

Un buen ejemplo

By contrast, the example presented here is a geologically simple situation -- it consists of several primary (i.e. no redeposited) volcanic ash deposits with a diverse dateable mineral assemblage (multiple minerals and methods are possible), found in fossil-bearing sedimentary rocks in western North America. It demonstrates how consistent radiometric data can be when the rocks are more suitable for dating. For most geological samples like this, radiometric dating "just works". Consider this stratigraphic section from the Bearpaw Formation of Saskatchewan, Canada (Baadsgaard et al., 1993):

Esta sección es importante porque establece un límite para la edad más joven de una concha de amonito específica -- Baculites reesidei -- que se utiliza como fósil zonal en el oeste de América del Norte. Aparece consistentemente por debajo de la primera aparición de Bacultes jenseni y por encima de la aparición de Baculites cuneatus dentro de la parte superior del Campaniense, el segundo a último "etapa" del Periodo Cretácico en la escala de tiempo geológico global. La situación bioestratigráfica puede resumirse como una secuencia verticalmente apilada de "zonas" definidas por la primera aparición de cada especie de amonito:

Aproximadamente 40 de estas zonas de amonites se utilizan para subdividir la parte superior del Periodo Cretácico en esta región. Los dinosaurios y muchos otros tipos de fósiles también se encuentran en este intervalo, y en un contexto amplio ocurre poco antes de la extinción de los dinosaurios y la extinción de todos los amonites. La Formación Bearpaw es una unidad marina que se extiende por gran parte de Alberta y Saskatchewan, y continúa hacia Montana y Dakota del Norte en los Estados Unidos, aunque adopta un nombre diferente en EE. UU. (la Pizarras de Pierre), principalmente por razones históricas y políticas, en lugar de cualquier gran diferencia geológica.

La capa de ceniza superior, datada mediante tres métodos independientes (K/Ar, U/Pb y Rb/Sr) y desde hasta tres minerales diferentes (feldespato, biotita y zircón), arroja una fecha de aproximadamente 72,5 ± 0,4 millones de años atrás (Ma) (media ponderada de varios análisis. Los números anteriores son simplemente valores de resumen). Los resultados para la capa de ceniza inferior, aunque no tan completos como para la capa superior (solo el método de isócrona Rb/Sr -- la isócrona U/Pb fue discordante, indicando que los minerales no preservaban la fecha), dan el resultado esperado de las relaciones de superposición -- es más antigua en aproximadamente un millón de años (73,65 ± 0,59 Ma), tomando los valores medios.

Otros ejemplos arrojan resultados similares, es decir, compatibles con las expectativas de la estratigrafía. Por ejemplo, Baadsgaard y Lerbekmo (1988) dataron la edad del límite Cretácico-Terciario (K/T) utilizando tres métodos (K/Ar, Rb/Sr y U/Pb, nuevamente empleando múltiples minerales) en tres localidades de Estados Unidos y Canadá. Teóricamente, el límite K/T debería ser más joven que la zona de Baculites reesidei mencionada anteriormente, porque el límite K/T ocurre estratigráficamente por encima de este nivel en la misma área y a nivel global. ¿El resultado? Hace 64,3±1,2 millones de años es la media ponderada de las tres localidades, y casi todos los resultados están dentro de 1 millón de años entre sí. Por lo tanto, los resultados son altamente consistentes dado las incertidumbres analíticas en cualquier medición.

Eberth y Braman (1990) describieron la paleontología vertebrada y la sedimentología de la Formación Judith River, una unidad que contiene dinosaurios que se encuentra estratigráficamente por debajo de la zona de Baculites reesidei (la Formación Judith River está por debajo de la Formación Bearpaw). Por lo tanto, debería ser más antigua que los resultados de Baadsgaard et al. (1993). Una capa de ceniza cerca de la parte superior de la Formación Judith River arroja una fecha de 76,11±0,22 millones de años atrás, mientras que otra casi 100 m más abajo arroja una fecha de 78,2±0,2 millones de años atrás (Eberth y Braman, 1990, figura 5). Nuevamente, esto es compatible con la edad determinada para la zona de Baculites reesidei y su posición estratigráfica relativa, e incluso con la posición relativa de las dos muestras dentro de la misma formación.

¿Cómo se comparan estas fechas con la (entonces vigente) escala de tiempo geológico? Harland et al. propusieron una escala de tiempo en 1982 basándose en los datos disponibles en ese momento, y antes de los estudios específicos citados anteriormente. Aquí están los números que aplicaron a los límites geológicos en este intervalo, comparados con los números en los estudios más recientes:

Como puede ver, los números en la columna más a la derecha son básicamente compatibles. Los escépticos de los procedimientos de datación radiométrica a veces afirman que estas técnicas no deberían funcionar de manera confiable, o solo con poca frecuencia, pero claramente los resultados son similares: para intervalos que deberían tener unos 70-80 millones de años, las fechas radiométricas no arrojan (por ejemplo) 100 o 30 millones de años, ni siquiera 1000 años, 100 000 años o 1 mil millones. La mayoría de las veces, la técnica funciona excepcionalmente bien como primera aproximación.

Sin embargo, existen algunas diferencias menores. Las fechas del límite Cretácico/Terciario difieren ligeramente, pero se encuentran dentro de las incertidumbres de medición de la nueva fecha. La fecha para la zona de Baculites reesidei está al menos 0.1 millones de años fuera (tomando el límite exterior de la incertidumbre de los datos) y está por debajo del límite Campaniano/Maastrichtiano, por lo que la inconsistencia podría ser aún mayor. ¿Qué hacer? Bueno, el procedimiento científico estándar es recopilar más datos para probar las posibles explicaciones: ¿es la escala de tiempo o los datos los que son incorrectos?

Obradovich (1993) ha medido un gran número de dataciones radiométricas de alta calidad del Periodo Cretácico y ha revisado la escala de tiempo geológico para este intervalo. Específicamente, propone una edad de 71,3 millones de años para la frontera Campaniense/Maastrichtiense por encima de la zona de amonites Baculites jenseni, basada en dataciones independientes de otras ubicaciones. Esto es completamente compatible con los datos en Baadsgaard et al. (1993), lo que hace probable que la fecha revisada y más joven para la frontera Campaniense/Maastrichtiense sea la correcta frente a Harland et al. (1982). Las demás dataciones son completamente consistentes con una frontera inferior para el Campaniense de 83±1 millones de años atrás, como sugirió Harland et al. (1982) (que Obradovich revisa a 83,5±0,5 Ma). En resumen, parece que la frontera Campaniense/Maastrichtiense de Harland et al. (1982) fue un poco incorrecta, pero todo lo demás es básicamente consistente dentro de las incertidumbres de medición.

Conclusiones

Los escépticos de la geología convencional podrían pensar que los científicos esperarían, o al menos preferirían, que cada fecha fuera perfectamente consistente con la escala de tiempo geológico actual, pero realísticamente, así no funciona la ciencia. La edad de una muestra particular y una escala de tiempo geológica particular solo representan la actual comprensión, y la ciencia es un proceso de refinamiento de dicha comprensión. En apoyo de este patrón, existe una tendencia innegable de revisiones cada vez más pequeñas de la escala de tiempo a medida que el conjunto de datos se hace más grande y preciso (Harland et al. 1982, p.4-5). Si algo estuviera seriamente mal con la escala de tiempo geológica actual, uno esperaría que las inconsistencias aumentaran en número y severidad, pero no es así.

Por ejemplo, las estimaciones de la edad de los límites del Terciario variaban regularmente entre un 20% y un 30% durante la década de 1930 y la de 1970. Desde entonces, han variado en cantidades mucho menores, raramente acercándose al 5% (véase nuevamente Harland et al., 1982, p.4-5). La misma tendencia puede observarse para otros periodos de tiempo. Palmer (1983) y Harland et al. (1990) presentan una propuesta más reciente para la escala de tiempo geológico, demostrando que los cambios siguen ocurriendo. Esta última incluye un excelente diagrama que resume las comparaciones entre las escalas de tiempo anteriores (Harland et al., 1990, p.8). Desde 1990, ha habido aún más revisiones por parte de otros autores, como Obradovich (1993) para el Periodo Cretácico, y Gradstein et al. (1995) para todo el Mesozoico.

Como otro ejemplo, Rogers et al. (1993) y Goodwin y Deino (1989) presentan fechas radiométricas que enmarcan las edades de las ocurrencias fósiles del Cretácico Superior (es decir, fechas por encima y por debajo de los fósiles) y arrojan más resultados que son consistentes con las predicciones del escala de tiempo actual. Esto no es inusual. Además de los artículos mencionados aquí, existen cientos, si no miles, de artículos similares que proporcionan rangos de enmarcado para las ocurrencias fósiles. La síntesis de trabajos como este por miles de investigadores internacionales a lo largo de muchas décadas es lo que define las escalas de tiempo geológicas en primer lugar (consulte Harland et al., 1982, 1990 para algunos de los métodos). Aunque los geólogos pueden y legítimamente discutir sobre la edad exacta de un fósil o formación en particular (por ejemplo, ¿tiene 100 millones de años o 110 millones?), y existen muestras genuinamente problemáticas, las afirmaciones de que la datación radiométrica es tan poco fiable que la calibración de la escala de tiempo geológica podría ser modificada en varios órdenes de magnitud (10000x, 1000x o incluso 10x) son ridículas desde un punto de vista científico. Los datos no apoyan tal interpretación. Los métodos funcionan demasiado bien la mayor parte del tiempo.

Además, la evidencia de otros aspectos de la geología (por ejemplo, estimaciones de la tasa de deposición y de otras tasas de procesos geológicos) respalda la gran antigüedad de la Tierra. Antes de la disponibilidad de la datación radiométrica, e incluso antes de la teoría evolutiva, la Tierra se estimaba que tenía al menos cientos de millones de años (véase arriba). La datación radiométrica simplemente ha hecho que las estimaciones sean más precisas y las ha extendido a rocas carentes de fósiles y otras herramientas estratigráficas.

La escala de tiempo geológico y las técnicas utilizadas para definirla no son circulares. Se basan en los mismos principios científicos que se emplean para refinar cualquier concepto científico: probar hipótesis con datos. Existen innumerables pruebas independientes que pueden identificar y resolver inconsistencias en los datos. Esto hace que la escala de tiempo geológico no sea diferente de otros aspectos del estudio científico.

Para posibles críticos: Refutar la escala de tiempo geológico convencional no es un ejercicio de recolectar ejemplos de las muestras más pobres posibles. Una crítica a la escala de tiempo geológico convencional debe abordar los datos más sólidos y consistentes disponibles y explicarlos con una interpretación alternativa, porque son esos los datos que realmente importan para la comprensión actual del tiempo geológico.

Referencias (también consulte "Otras fuentes")

Baadsgaard, H.; Lerbekmo, J.F.; Wijbrans, J.R., 1993. Edad radiométrica multimétodo para una bentonita cerca de la parte superior de la Zona de Baculites reesidei en el suroeste de Saskatchewan (límite de etapa Campaniano-Maastrichtiano?). Canadian Journal of Earth Sciences, v.30, p.769-775.

Baadsgaard, H. y Lerbekmo, J.F., 1988. Una edad radiométrica para la frontera Cretácico-Terciario basada en edades K-Ar, Rb-Sr y U-Pb de bentonitas de Alberta, Saskatchewan y Montana. Canadian Journal of Earth Sciences, v.25, p.1088-1097.

Eberth, D.A. y Braman, D., 1990. Estratigrafía, sedimentología y paleontología de vertebrados de la Formación Judith River (Campaniense) cerca del Lago Muddy, centro-oeste de Saskatchewan. Boletín de Geología Petrolífera Canadiense, v.38, no.4, p.387-406.

Goodwin, M.B. y Deino, A.L., 1989. Las primeras edades radiométricas de la Formación Judith River (Cretácico Superior), condado de Hill, Montana. Canadian Journal of Earth Sciences, v.26, p.1384-1391.

Gradstein, F. M.; Agterberg, F.P.; Ogg, J.G.; Hardenbol, J.; van Veen, P.; Thierry, J. y Zehui Huang., 1995. Una escala de tiempo triásica, jurásica y cretácica. EN: Bergren, W. A.; Kent, D.V.; Aubry, M-P. y Hardenbol, J. (eds.), Geocronología, Escalas de Tiempo y Correlación Estratigráfica Global. Sociedad de Paleontólogos Económicos y Mineralogistas, Publicación Especial No. 54, p.95-126.

Harland, W.B., Cox, A.V.; Llewellyn, P.G.; Pickton, C.A.G.; Smith, A.G.; y Walters, R., 1982. Una Escala de Tiempo Geológico: edición de 1982. Cambridge University Press: Cambridge, 131p.

Harland, W.B.; Armstrong, R.L.; Cox, A.V.; Craig, L.E.; Smith, A.G.; Smith, D.G., 1990. Una escala de tiempo geológico, edición de 1989. Cambridge University Press: Cambridge, p.1-263. ISBN 0-521-38765-5

Harper, C.W., Jr., 1980. Inferencia de edad relativa en paleontología. Lethaia, v.13, p.239-248.

Lubenow, M.L., 1992. Huesos de controversia: Una evaluación creacionista de los fósiles humanos. Baker Book House: Grand Rapids.

Obradovich, J.D., 1993. Una escala de tiempo del Cretácico. EN: Caldwell, W.G.E. y Kauffman, E.G. (eds.). Evolución de la Cuenca del Interior Occidental. Asociación Geológica de Canadá, Documento Especial 39, p.379-396.

Palmer, Allison R. (compiladora), 1983. La Década de la Geología de América del Norte 1983 Escala de Tiempo Geológico. Geology, v.11, p.503-504. [También disponible en línea desde el sitio web de la Sociedad Geológica de América en http://www.geosociety.org/pubs/public/geotime1.htm {Ahora enlace roto. Consulte copia archivada en su lugar. -- 12 de septiembre de 2004} ]

Rastall, R.H., 1956. Geología. Encyclopaedia Britannica 10, p.168. Encyclopaedia Britannica, Inc.: Chicago. [Como se cita en Harper (1980).]

Rogers, R.R.; Swisher, C.C. III, Horner, J.R., 1993. Edad y correlación de la Formación Two Medicine no marina (Cretácico Superior), noroeste de Montana, EE. UU. Canadian Journal of Earth Sciences, v.30, 1066-1075.

Woodmorappe, J. (seudónimo), 1979. Reevaluación de la Geocronología Radiométrica. Creation Research Society Quarterly, v.16, p.102-129. [También disponible en el libro "Estudios en Geología del Diluvio", publicado por el Instituto de Investigación del Creacionismo.]

Otros Fuentes

Este documento discute la forma en que la datación radiométrica se utiliza en la geología, en lugar de los detalles de cómo funcionan las técnicas de datación radiométrica. Por lo tanto, asume que el lector tiene algún conocimiento previo sobre la datación radiométrica. Para una introducción técnica a los métodos, recomiendo encarecidamente estos dos libros:

An excellent introduction to radiometric dating can also be found in the talk.origins FAQ archive: Both are by Chris Stassen.

Una excelente fuente sobre la integración de la datación radiométrica, la bioestratigrafía (el estudio de la sucesión fósil) y los principios estratigráficos generales es:

The history of the geologic time scale is ably described in:

Y un buen resumen se encuentra en "Cambios en las perspectivas sobre la historia de la Tierra" de Richard Harter y Chris Stassen.

Notas

¹ Técnicamente, estas escalas de tiempo geológico se conocen como "escalas geocronológicas", y existe una dualidad conceptualmente complicada en la escala entre la roca, el tiempo representado por la roca y la calibración del tiempo relativo a una escala absoluta. Se aplican una profusión de términos a los diferentes conceptos y, de manera confusa para los no iniciados, a los nombres aplicados a las subdivisiones de ellos (por ejemplo, "Cretácico"). Los "Períodos" geológicos (tiempo) y los "Sistemas" geológicos (roca) son conceptos diferentes, aunque se pueda aplicar la misma etiqueta (por ejemplo, "Cretácico") a ambos. La diferencia semántica existe para distinguir entre los diferentes (pero relacionados) tipos de observaciones e interpretaciones que se incorporan en ellos. Por simplicidad, me adhiero a los conceptos de tiempo "relativo" y "absoluto" (numérico), porque estos están en uso común, y estoy omitiendo la naturaleza dual de las subdivisiones. Estos temas se explican con mucho más detalle en las citas mencionadas en "Otras Fuentes", particularmente Blatt (et al., 1991).

Agradecimientos

Esta es mi tercera revisión de un FAQ sobre la aplicación de métodos de datación. Se beneficia de los comentarios de varios revisores informales. Desafortunadamente, algunos fueron hace tanto tiempo que ya no tengo todos sus nombres :-( Pero mi agradecimiento va a todos ellos de todos modos, y a cuatro recientes que sí recuerdo: Stanley Friesen, Chris Stassen, Mark Isaak y Martyne Brotherton. Mi agradecimiento también a Brett Vickers por mantener el archivo talk.origins.