La datación es un conjunto de técnicas que nos proporcionan información sobre la antigüedad de alguna cosa o muestra de interés de diversos materiales. La edad de los fósiles es crucial en el estudio de la evolución, ya que ayuda a los científicos a entender la secuencia de eventos evolutivos y cómo diferentes organismos están relacionados entre sí a lo largo del tiempo geológico. Las dataciones dependían de métodos relativos, que permitían interpretar la historia geológica y elaborar una escala relativa del tiempo geológico, hasta el desarrollo de las técnicas de fechamiento radiométrico. Por esto, se pueden distinguir dos tipos de dataciones de técnicas diferentes: datación relativa y datación absoluta.
Tipos de Datación de Fósiles
Datación Relativa
En este método, la edad de un fósil se determina en relación con otros elementos en las capas de roca o estratos. Cuando las rocas se colocan en una secuencia de formación adecuada, no se establece una fecha precisa pero sí se puede obtener información sobre lo que sucedió antes o después de un acontecimiento; además, sitúa los acontecimientos sólo en orden secuencial y no en el tiempo en que tuvieron lugar. El principio clave utilizado aquí es la Ley de Superposición, que establece que en cualquier secuencia no perturbada de rocas depositadas en capas, la capa más joven está en la parte superior y la más antigua en la parte inferior. Los fósiles encontrados más profundamente en la tierra generalmente se consideran más antiguos.
Existen diferentes métodos de datación relativa, siendo los principales los principios estratigráficos y los fósiles. Los fósiles guía ayudan a datar las rocas. Los fósiles guía son fósiles exclusivos de una época geológica. Así, si encontramos este tipo de fósiles en una roca, automáticamente sabemos la edad de esa roca con bastante precisión. Por contra, también han existido especies que han habitado la Tierra durante muy poco tiempo, por lo que sus fósiles estarán presentes en estratos de una edad muy concreta y sí que servirán para datar una roca. Si además esta especie se encontraba bien distribuida a lo largo del globo, constituirá una auténtica «etiqueta» del estrato donde se encuentre. Ejemplos de fósiles guía precisos: ammonoideos, graptolitos, conodontos y foraminíferos.
Datación Absoluta
Para una determinación de edad más precisa, los fósiles a menudo pueden datarse usando técnicas de datación radiométrica. La datación absoluta es más precisa que la relativa. Se basa en las características físicas de la materia. Este método se basa en la descomposición de los isótopos radiactivos dentro de los minerales de las rocas o los propios fósiles. Los isótopos inestables tienen como consecuencia la descomposición o desintegración espontánea del núcleo, este proceso fue denominado radioactividad en 1907. El físico neozelandés, Ernest Rutherford, sugirió la posibilidad de datar minerales mediante la reactividad, calculando la porción entre la cantidad de elementos radioactivos (llamados elementos padres o primarios) y las sustancias derivadas (llamados elementos hijos o radiogénicos). Al comparar la proporción de isótopos padres a isótopos hijos (aquellos isótopos formados como resultado de la descomposición radiactiva), los científicos pueden determinar cuántos periodos de vida media han pasado y, por lo tanto, estimar la edad del fósil. Midiendo los átomos producidos por las desintegraciones en las rocas los físicos han podido fechar, por ejemplo, que la edad de la Tierra tiene más de 4,500 millones de años, que la vida en la tierra tiene más de 3,500 millones de años, que hasta hace unos 600 millones de años los microbios dominaban el planeta, que los seres humanos anatómicamente modernos aparecieron hace aproximadamente 100,000 años, entre otras muchas más dataciones.
A continuación, se presenta un resumen de los principales métodos de datación absoluta:
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- Datación por Radiocarbono (Carbono 14):
- Materiales: Restos de seres vivos (madera, huesos, etcétera).
- Rango de Edad: Hasta 60.000 años.
- Datación por Potasio-Argón (40K/40Ar):
- Materiales: Rocas y ceniza volcánica.
- Rango de Edad: Más de 10.000 años.
- Datación por Berilio 10-Aluminio 26:
- Materiales: Fósiles y rocas.
- Rango de Edad: 10-15 millones de años.
- Series del Uranio (Uranio-Torio y Uranio-Plomo):
- Materiales: Estructuras de carbonato de calcio (corales, espeleotemas), rocas.
- Rango de Edad: 104 a 105 años (productos intermedios), rangos mayores para Uranio-Plomo.
- Datación por Calcio 41:
- Materiales: Restos óseos.
- Rango de Edad: Entre 50.000 y 1.000.000 años.
- Datación por Tritio:
- Materiales: Agua (no directamente fósiles).
- Rango de Edad: Dos o tres décadas.
Datación por Radiocarbono o Carbono 14
Una forma común de datación radiométrica es la datación por Carbono-14, que es particularmente útil para datar cosas que alguna vez estuvieron vivas hasta unos 50,000 años. La antigüedad máxima de datación por este método son 60.000 años, cuando el C14 ha desaparecido del todo. Solo se usa pues en fósiles recientes. A diferencia del resto de los métodos de datación radiométrica lo que se data con el carbono 14 no es el nacimiento de un mineral, sino la muerte de un ser vivo, por lo que datar materiales tan variados como madera, huesos, etcétera, han hecho de este método un auxiliar inestimable para arqueólogos, historiadores y también para geólogos especialistas en el cuaternario reciente.
Los seres vivos dependemos del carbono para nuestra existencia, ya que forma parte de nuestro organismo constituyendo moléculas (ADN, colágeno, queratina…) y tejidos, tanto orgánicos como inorgánicos (plumas, pelo, huesos, conchas…). El carbono es un elemento que se encuentra en la naturaleza como tres posibles isótopos. La diferencia entre un isótopo y otro es el número de neutrones que posee, ya que todos tienen los mismos protones y los mismos electrones. El Carbono-14 tiene 6 protones y 8 neutrones, 14 partículas subatómicas en su núcleo.
La proporción entre los distintos isótopos de carbono presente en los organismos vivos es la misma que existe en la atmósfera. En el momento que un organismo muere, la proporción entre sus isótopos de carbono comienza a cambiar. Lo que le sucede al Carbono-14 es que, al ser inestable, transforma uno de sus neutrones en un protón en lo que se conoce como proceso de decaimiento, convirtiéndose en un isótopo de Nitrógeno-14 que sí que es estable. El isótopo original se denomina isótopo padre mientras que el producto del decaimiento se llama isótopo hijo. La cantidad de Carbono-14 de un resto orgánico se reduce de manera exponencial, formando una curva. El Carbono-14 tarda 5.730 años en reducir a la mitad su cantidad en la muestra, lo que se conoce como semivida o periodo de semidesintegración. Midiendo la cantidad de radiactividad y la diferencia entre C12 y C14 que aún queda en su cuerpo, se puede datar cuando murió el ser en cuestión. Llegará un momento en que todo el Carbono-14 original del resto biológico se haya transformado en Nitrógeno-14, el isótopo padre se agota y solo existe isótopo hijo. La datación por radiocarbono deja de ser posible.
Existen dos técnicas de medición de radiocarbono en muestras: a través de datación radiométrica y por espectrometría de masas con aceleradores (AMS). Las dos técnicas se utilizan principalmente en la determinación de contenido de carbono 14 de objetos arqueológicos y muestras geológicas. La medición con contadores de centelleo líquido se popularizó hacia los años 60. La espectrometría de masas con acelerador de partículas es el método más moderno. La datación por AMS consiste en acelerar los iones a energías cinéticas extraordinariamente altas para realizar un análisis de masa. Un gran ejemplo de la aplicación de la AMS, es la datación que se realizó de la famosa escultura de la “loba capitolina”. Fue hasta el año 2007 que el análisis realizado con una técnica nuclear (la datación por radiocarbono) sorprendió al mundo al desmentir esa creencia y precisar oficialmente una nueva datación, que establecería la fecha de la obra entre el año 1020 y el 1152 d.C. En este re-descubrimiento fortuito de un trozo de madera procedente de la Gran Pirámide de Guiza se ha empleado también la datación por carbono 14.
El químico físico estadounidense Willard Libby dirigió un equipo de científicos en la era posterior a la Segunda Guerra Mundial para desarrollar un método que mida la actividad del radiocarbono. Libby y su equipo de científicos pudieron publicar un artículo que resume la primera detección de radiocarbono en una muestra orgánica.
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Datación por Potasio-Argón (40K/40Ar)
Es el más común de los métodos ya que tiene a su favor la universalidad del potasio, aunque su inconveniente es el carácter gaseoso del argón, que es propenso a escapar bajo ciertas condiciones lo que puede dar edades menores de las reales. Lo normal es usar este método en combinación con el rubidio-estroncio. Este método se utiliza para datar rocas y ceniza volcánica de más de 10.000 años. Por ejemplo, se usó para datar las huellas de Laetoli, la prueba de bipedestación más antigua de nuestro linaje. El método del argón radiactivo es sólo una variante del potasio-argón pero adaptado para edades muy jóvenes, entre 100 y 1000 años. Reconocido con este nombre debido a que con este sistema sólo se miden las desintegraciones del elemento padre, comenzó en los años setenta y en los últimos años se ha extendido.
Datación por Berilio 10-Aluminio 26
Se puede usar en fósiles y rocas de 10-15 millones de antigüedad, ya que el periodo de desintegración es mayor que el del C14.
Series del Uranio (Uranio-Torio y Uranio-Plomo)
Estos dos isótopos son productos intermedios en cadenas de desintegración del uranio, y son útiles en el rango de edades 104 a 105 años. Se tienen dos series de transmutaciones que se utilizan en conjunto con el nombre de métodos de plomo. El uso combinado de los dos métodos permite una comprobación independiente de las edades. Estos métodos son los más difíciles pero también proporcionan información más segura. Usando isótopos de uranio, se aplican diversas técnicas. Esta datación se utiliza en estructuras de carbonato de calcio (como los corales) y depósitos minerales en cuevas (espeleotemas). Este método implica determinar la edad de un fósil midiendo la proporción de uranio-235 a plomo-207, o de uranio-238 a plomo-206.
Datación por Calcio 41
Se utiliza para datar restos óseos de entre 50.000 y 1.000.000 años.
Datación por Paleomagnetismo
El polo norte magnético no siempre ha sido el mismo durante toda la historia de la Tierra. Pero los geólogos, que son muy listos, conocen las coordenadas geográficas del polo norte magnético de distintas épocas. Algunos minerales tienen propiedades magnéticas y se dirigen hacia el norte magnético cuando están en disueltos, o mejor dicho, en suspensión acuosa. Por ejemplo, las arcillas. Si caen al suelo, quedan fijados mirando hacia dónde estaba el polo norte magnético en ese momento. Ya solo falta mirar hacia qué coordenadas están orientados los minerales en el yacimiento para asociarlo con una época geológica determinada. Como el polo norte magnético ha estado varias veces en las mismas coordenadas geográficas, se obtiene más de una fecha de datación. Según el contexto del yacimiento, se descartan algunas de estas fechas hasta llegar a la definitiva.
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Datación por Termoluminiscencia
Esta técnica se utiliza para determinar la edad de los minerales midiendo la luz emitida por los electrones atrapados en la red cristalina del mineral. Algunos minerales, como el cuarzo, feldespato o la calcita, van acumulando modificaciones en su estructura porque están constantemente sometidos a la radiación que nos llega del espacio.
Datación por Tritio
El tritio producido en la atmósfera se incorpora al ciclo del agua y rápidamente se comienza a descomponer en helio3, lo que limita su utilidad como elemento cronológico a dos o tres décadas.