Imaginemos que encontramos un hueso antiguo enterrado bajo la tierra. No hay etiquetas, no hay fechas impresas, ni marcas que digan cuánto tiempo ha pasado desde que ese ser vivió. ¿Cómo podemos saber entonces si ese hueso es de hace unos miles de años… o de millones?
Aquí es donde entran en juego unos héroes invisibles: los isótopos radioactivos.
Los isótopos radioactivos están en todas partes. Son variantes de átomos que, con el tiempo, se descomponen o “decaen”, liberando energía durante el proceso. Pero lo más importante es que lo hacen a un ritmo constante e identificable. Ese ritmo es como un reloj natural, y científicas y científicos lo usamos para medir el tiempo en objetos que no pueden hablar, como fósiles y rocas.
Un isótopo es una forma de un elemento químico que tiene el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones. Algunos de estos isótopos son estables, como el oxígeno-16, mientras que otros son inestables o radioactivos, como el carbono-14, el uranio-238 o el potasio-40.
Lo que los hace útiles para la paleontología es que los radioactivos se transforman con el tiempo en otros elementos (llamados especies hijas), y la velocidad de esa transformación es conocida y constante. A eso le llamamos vida media (τ): el tiempo que tarda la mitad de una muestra en descomponerse, y este tiempo es variable para cada isótopo radioactivo.
Aunque los fósiles en sí mismos a veces no contienen ya material orgánico, pueden estar asociados con rocas o sedimentos que sí contienen minerales con isótopos radioactivos. Al medir cuánta cantidad del isótopo original y del producto hijo hay en la muestra, podemos calcular cuánto tiempo ha pasado desde que esa roca se formó (Dickin, 2005).
El ejemplo más conocido es el del carbono-14 (14C). Este isótopo se forma en la atmósfera cuando los rayos cósmicos colisionan con los átomos de nitrógeno. Las plantas lo absorben al realizar la fotosíntesis, y los animales lo obtienen al comer esas plantas. Mientras un ser está vivo, mantiene un equilibrio constante de carbono-14 en su cuerpo. Pero al morir, ese intercambio se detiene, y el 14C comienza a descomponerse lentamente en nitrógeno-14 (14N).
Fig. 1. Decaimiento radioactivo del 14C en su especie hija 14N. Es posible observar el porcentaje de este isótopo decrece a la mitad a medida que una vida media transcurre. Modificada de Sánchez Beristain y García Barrera (2017).
En concreto, el método del decaimiento radioactivo del 14C (Fig. 1) es útil para restos de hasta aproximadamente unos 50,000 años de antigüedad (Taylor y Bar-Yosef, 2014). Sin embargo, el 14C no sirve para datar fósiles muy antiguos, como los dinosaurios (Fig. 2). Para ellos, usamos otros relojes atómicos.
Fig. 2. Esqueleto del dinosaurio Tyrannosaurus rex, en el Museo Real Tyrrell de Paleontología, en Alberta, Canadá.
“Dinosaur skeleton at Tyrrell”. Autor: Dylan Kereluk. Licencia Creative Commons: CC BY 2.0.
Uno de los relojes más poderosos en paleontología es el del potasio-40 (40K), que tiene una vida media de unos 1,250 millones de años. El 40K se descompone en argón-40 (40Ar), un gas inerte. Este método ha sido fundamental para fechar capas de ceniza volcánica asociadas con fósiles de homínidos, como el caso del fósil “Lucy” (Fig. 3) en Etiopía (Walter, 1994), perteneciente a la especie Australopithecus afarensis.
Fig. 3. Esqueleto de “Lucy”, ancestro del ser humano perteneciente a la especie Australopithecus afarensis, resguardado en el Museo Nacional de Etiopía, en Adís Abeba. “Lucy (Australopithecus afarensis)” Autor: IslesPunkFan. Licencia Creative Commons: CC BY-NC 2.0.
Otro sistema muy usado es el del uranio-plomo (U-Pb). El uranio tiene varios isótopos radioactivos, como el 238U y el 235U, que se transforman lentamente en diferentes tipos de plomo. La vida media del 238U es de unos 4,500 millones de años. Este método se aplica en cristales llamados zircones, y ha sido esencial para fechar rocas del Precámbrico y eventos de extinción masiva (Bowring y Schmitz, 2003).
Asimismo, existen otros métodos como el rubidio-estroncio (Rb-Sr) o el samario-neodimio (Sm-Nd). Aunque menos conocidos, han sido útiles para estudiar antiguos ambientes y procesos geológicos que afectaron a los seres vivos del pasado. Por ejemplo, el método rubidio-estroncio (Rb-Sr) se ha utilizado para datar minerales arcillosos (como glauconita e ilita), presentes en rocas sedimentarias (Wu et al., 2023). Estas dataciones ayudan a establecer una edad absoluta de depósitos que pueden albergar fósiles, lo que permitiría, incluso, reconstruir su historia evolutiva o migratoria.
Por otro lado, el sistema samario-neodimio (Sm-Nd) se emplea frecuentemente en estudios de proveniencia de sedimentos, para determinar su origen geológico (Mantovanelli et al., 2018). Esto es clave para entender cambios en condiciones ambientales que podrían haber influido en extinciones marinas o eventos ecológicos importantes.
Hay incluso técnicas mixtas, en las cuales se aplican varios relojes isotópicos a la vez para obtener una mayor precisión. A esto se le llama datación concordante, y es especialmente útil cuando los resultados de un método individual pueden presentar dudas. También hay casos en que los fósiles se encuentran en cuevas o grietas donde no hay cenizas volcánicas. En estos casos se puede usar la serie de uranio, un método que aprovecha el decaimiento del uranio en materiales como espeleotemas (estalactitas y estalagmitas) para estimar la antigüedad del sitio (Bernal et al., 2010).
Gracias a estos métodos, sabemos con gran certeza que de entre 227 millones de años y 66 millones de años es la antigüedad de los dinosaurios, que los mamuts se extinguieron hace unos 10,000 años, y que nuestros ancestros humanos comenzaron a caminar erguidos hace más de 3 millones de años.
Los isótopos radioactivos son, en cierto modo, los cronistas secretos de la Tierra. Escondidos en las rocas, han registrado con paciencia la historia del planeta, esperando que alguien, millones de años después, aprenda a leer su lenguaje.
En manos de científicas y científicos, estos relojes atómicos nos han permitido escribir la historia de la vida, comprender las extinciones, las adaptaciones y los cambios del entorno. Son herramientas de precisión, pero también puentes entre lo que fue y lo que aún podemos aprender.
Referencias
- Bernal, J.P., Beramendi-Orosco, L.E., Lugo-Ibarra, K.C., Walter-Daesslé, L. (2010). Revisión a algunos geocronómetros radiométricos aplicables al Cuaternario . Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, 62(3), 305–323.
- Bowring, S. A., Schmitz, M.D. (2003). High-precision U-Pb zircon geochronology and the stratigraphic record. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 53 (1), 305–326. DOI: 10.2113/0530305.
- Dickin, A. P. (2005). Radiogenic Isotope Geology (2a ed.). Cambridge University Press.
Taylor, R. E., & Bar-Yosef, O. (2014). Radiocarbon Dating: An Archaeological Perspective. Routledge. DOI: 10.4324/9781315421216. - Mantovanelli, S., Tassinari, C.C.G., De Mahiques, M.M., Jovane, J., Bongiolo, E. (2018). Characterization of Nd Radiogenic Isotope Signatures in Sediments From the Southwestern Atlantic Margin. Frontiers in Earth Science, 6, 74, DOI: 10.3389/feart.2018.00074.
- Sánchez-Beristain, F., García-Barrera, P. (2017). Geoquímica aplicada a la paleontología y paleoecología en ambientes carbonatados marinos: principales métodos y tipos de análisis utilizados. En: Cevallos-Ferriz, S.R.S., Huerta-Vergara, A.R. Paleobiología: Interpretando procesos de la vida pasada, primera parte. Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Ciencias, 95–124.
- Walter, R.C. (1994). Age of Lucy and the First Family: Single-crystal 40Ar/39Ar dating of the Denen Dora and lower Kada Hadar Members of the Hadar Formation, Ethiopia. Geology, 22(1), 6–10. DOI: 10.1130/0091-7613(1994)022<0006:AOLATF>2.3.CO;2.
- Wu, Y., Bai, X.-J., Shi, H.-S., He, L.-Y., Qiu, H.-N. (2023). Dating of authigenic minerals in sedimentary rocks: A review. Earth-Science Reviews, 241, 104443, DOI: 10.1016/j.earscirev.2023.104443
El doctor Francisco Sánchez Beristain es profesor en la Unidad Multidiscipinaria de Docencia e Investigación, de la Facultad de Ciencias Campus Juriquilla, de la UNAM
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