Tema 5. EL TIEMPO EN GEOLOGÍA. DATACIÓN.

 Tema 5. 

EL TIEMPO EN GEOLOGÍA. DATACIÓN. 

CORTES GEOLÓGICOS.

ÍNDICE.

1. EL TIEMPO EN GEOLOGÍA.

1.1. INDÍCIOS DE LO EXTENSO DEL TIEMPO EN GEOLOGÍA.
1.2. IDEAS SOBRE LA EDAD DE LA TIERRA. Orden cronológico.

2. MÉTODOS DE DATACIÓN RELATIVA o CRONOESTRATIGRAFÍA.

2.1. PRINCIPIOS ESTRATIGRÁFICOS.
2.2. CRITERIOS DE POLARIDAD.
2.3. DISCONTINUIDADES ESTRATIGRÁFICAS.
2.4. CORRELACIÓN ESTRATIGRÁFICA.
2.5. FÓSILES Y DATACIÓN.

3. RESOLUCIÓN E INTERPRETACIÓN DE CORTES GEOLÓGICOS.

3.1. PRINCIPIO DE ACTUALISMO. 
3.2. HERRAMIENTAS PARA RECONSTRUIR EL AMBIENTE SEDIMENTARIO.
3.3. RESOLUCIÓN DE CORTES GEOLÓGICOS.

4. MÉTODOS DE DATACIÓN ABSOLUTA.

4.1. MÉTODO RADIOMÉTRICO.
4.2. OTROS MÉTODOS.
4.3. LA ESCALA ESTRATIGRÁFICA.

Tarea 0. Portada libre, relacionada con el tema.

1. EL TIEMPO EN GEOLOGÍA.

Calcula. Si comparas la edad de la Tierra (4600 m.a) con un año ¿Cuánto tiempo representaría la vida de una persona de 100 años? ¿Y la existencia de la especie humana actual (300.000años)?

Historia de la Tierra en 24 horas. Resumen.

1.1. INDÍCIOS DE LO EXTENSO DEL TIEMPO EN GEOLOGÍA.

 Convencer a la humanidad que lleva sobre la Tierra un instante de la gran inmensidad de tiempo que ésta tiene ha sido una tarea difícil para los geólogos.

Antes de datar/fechar la edad de la Tierra en 4600 m.a ya varios científicos o simples curiosos asomaron, aportaron indicios, la idea de que el tiempo en geología era enorme. He aquí algunos:

1. La lenta evolución de las especies. Naturalistas como Charles Darwin afirmaron que la edad de la Tierra debía de ser muy grande para que diese tiempo a evolucionar a las especie según registro fósil.
2. Formación de las cordilleras. Charles Lyell (geólogo) con su famosa aportación "los procesos geológicos que actúan en el presente son los mismos que actuaron en el pasado" señalo igualmente que el tiempo que tarda en formarse o destruirse una cordillera debía ser inmenso.
3. Velocidad de erosión. Viendo el trabajo incansable, pero lento, del agua, el viento, el mar, el hielo... sobre las rocas sería lógico pensar que moldear los paisajes terrestres actuales ha llevado una tiempo ingente. Ejemplo "Gran cañón del colorado".
   
4. Velocidad de Sedimentación. Los materiales erosionados lentamente se depositan también lentamente. Así, por ejemplo, cuánto tiempo tardaría en depositarse los sedimentos de la imagen del ejemplo anterior.
5. Salinidad progresiva de los mares. Si suponemos que mares y océanos han ido aumentando su salinidad progresivamente por el aporte de sales continentales a través de los ríos, llegar a la salinidad actual de los mismo ha debido tardar muchísimos millones de años.

1.2. IDEAS SOBRE LA EDAD DE LA TIERRA. Orden cronológico.

• Hasta el siglo XVII se pensaba que la edad de la Tierra se contaba en miles de años. Estas ideas procedían de la interpretación literal de textos religiosos como la Biblia. Así, el arzobispo Ussher, en 1650, calculó que el mundo fue creado el anochecer del sábado 22 de octubre del 4004 a. C. Antes lo hizo Martín Lutero en 4000 años a.C.
• Ya en el siglo XVIII y XIX comenzaron a usarse cálculos científicos, basados en los depósitos de sedimentos y la termodinámica .El conde de Buffon (s. XVIII) calculó que el enfriamiento de la Tierra le habría llevado al menos 180.000 años.
• Naturalistas como Darwin, Hutton o Lyell (s. XIX) afirmaba que la evolución de las especies o la formación de cordilleras requería muchos millones de años.

• Lord Kelvin (s. XIX y XX) calculó datos del enfriamiento de la Tierra y duración del Sol, estimando una edad de entre 25 y 400 millones de años.
• Sin embargo, en el s. XIX se descubre la radiactividad (Henri Becquerel + Marie y Pierre Curie). Su estudio en el s. XX llevó a entender mejor la termodinámica del Sol y de la Tierra, así como a un método preciso de datación que ha obtenido para la Tierra una edad de 4.567 millones de años según C. Patterson a partir del estudio de meteoritos.

Tarea 1. Haz, en tu libreta, una línea del tiempo con la evolución de las principales ideas sobre la edad de la Tierra.

2. MÉTODOS DE DATACIÓN RELATIVA o CRONOESTRATIGRAFÍA.

Muchos procesos geológicos ocurren de forma repentina, por ejemplo, un terremoto, una erupción volcánicas o una gran inundación. Sin embargo, casi todos estos procesos se dan de forma muy lenta y tienen una duración de miles a millones de años, por ejemplo, formación de un suelo o de una cordillera o las evidencias indicadas en el punto 1.1.

Por ello, la unidad de medida del tiempo en geología es el millón de años, ya que en ese tiempo se pueden dar procesos geológicos que cambien la superficie terrestre.

Para conocer o reconstruir la historia de la Tierra es necesario que ordenemos los acontecimientos que conocemos o descubrimos en los sedimentos.

Se pueden datar los sucesos o materiales mediante dos tipos de métodos de datación:

• Datación relativa: Consiste en ordenar rocas, fósiles o acontecimientos desde los más antiguos a los más modernos, sin precisar la edad que tienen, es decir, sin fechar.
• Datación absoluta: Consiste en poner fecha a los materiales o sucesos, es decir, precisar los años que tienen, fechando.

A continuación analizamos los principales métodos de datación relativa que se basan en el estudio de los estratos, capas de sedimentos que se depositan horizontalmente en las cuencas sedimentarias. Podría decirse que LOS ESTRATOS son las páginas del libro "Historia de la Tierra" que debemos "leer" para conocerla. Aunque no disponemos de todas esas "páginas", nos podemos basar en una serie de principios geológicos que nos van a permitir datar, de modo relativo, los principales acontecimientos geológicos. Los analizados a continuación:

2.1. PRINCIPIOS ESTRATIGRÁFICOS.

A. Principio de horizontalidad, de superposición de estratos y de continuidad.

• Principio de horizontalidad inicial: los estratos de rocas sedimentarias se forman siempre en posición horizontal. Si no aparecen así, han sido plegados o deformados.

• Principio de superposición de estratos: todo estrato es más moderno que el que tiene debajo y más antiguo que el que tiene encima.

• Principio de continuidad o correlación: un determinado estrato tiene la misma edad donde quiera que se encuentre. Este principio permite relacionar los estratos de diferentes lugares del mundo y hacer una escala geológica global. El estudio de estos se combina con el siguiente apartado B.

B. Principio de superposición de sucesos o acontecimientos. Cada fenómeno geológico (falla, pliegue, intrusión...) es más moderno que las rocas o estructuras a las que afecta. 

C. Principio de Inclusión. Los fragmentos de rocas encerrados o incluidos en el interior de otra roca son más antiguos que esta última. Ej, un estrato que contiene cantos rodados de una roca es más moderno que esta.

D. Principio del uniformismo.

Es el principio según el cual los procesos naturales que actuaron en el pasado son los mismos que actúan en el presente y con la misma intensidad. Por tanto, los procesos geológicos (erosión, movimiento de placas, etc.) han permanecido uniformes a lo largo del tiempo geológico.

E. Principio del actualismo.

El actualismo se puede resumir con la frase "el presente es la clave del pasado". Quiere decir que los procesos que tienen lugar en la actualidad (magmatismo, sedimentación, terremotos, etc.) son los mismos que han sucedido a lo largo de la historia de la Tierra.

Así, estudiando el presente podemos obtener información de lo que sucedió en el pasado y hacernos una idea de los cambios que se han producido en la Tierra desde su formación.

Las ondulaciones (ripples) en la arena de la playa, actuales y fósiles, son similares.

Tarea 2. Tarea interactiva 1. Tarea interactiva 2. Una vez hechas ponlas en tu libreta a modo de resumen.

Tarea 3. Haz los tres ejercicio de la imagen en tu libreta.

2.2. CRITERIOS DE POLARIDAD.

¿Qué estrato más moderno?

Cuando los estratos no están horizontales, es decir, se han plegado o incluso están en la vertical, los principios anteriores son difíciles de aplicar. Hay pues que recurrir a los principios de polaridad, es decir, a estructuras sedimentarias que no indica cuál es el TECHO (parte superior que marca el final del estrato) y el MURO (parte inferior que marca el inicio del estrato). Algunos de ellos son:

• Estratificación cruzada o laminación. Producido por la migración de ripples o dunas.
• Estructuras de techo. ripples, grietas de desecación, pisadas, (icnitas) impactos de gotas de lluvia...
• Estructuras de muro. Marcas de corrientes (flute cast), el molde en relieve del apartado anterior.
• Granoselección: es una estructura en la que aparece una disminución progresiva del tamaño de los granos del sedimento desde el muro hasta el techo. Se debe a que, cuando una corriente (aire, agua) arrastra sedimentos y pierde velocidad, primero se depositan los materiales más grandes y, poco a poco, el resto, ordenados por tamaños.

2.3. DISCONTINUIDADES ESTRATIGRÁFICAS.

enlace a imagen AQUÍ

La erosión y los fenómenos geológicos no sólo pueden alterar la disposición de los estratos, sino que pueden eliminarlos. Así, los estratos pueden estar separados sólo por los planos de estratificación, sin que falten estratos. Se dice que son CONCORDANTES.

Cuando faltan estratos y la separación entre ellos no es regular se habla de DISCONTINUIDADES. Existen muchos tipos de discontinuidades, pero las más habituales son la:

• Disconformidad o discordancia erosiva:  estratos paralelos, aparentemente no discordantes. La disconformidad se manifiesta por un proceso erosivo

• Discontinuidad angular erosiva: presenta una evidente superficie de erosión de las capas superiores de la serie más antigua que, además, está plegada respecto de la serie más moderna.

Ej: discordancia angular erosiva con paleorrelieve.

NOTA. Se llama PALEORRELIEVE a la superficie de erosión antigua registrada en una cuenca sedimentaria que corresponde al relieve o topografía generada durante una etapa sin sedimentación y con predominio de la erosión.

• Discordancia angular: dos series estratigráficas separadas por una discontinuidad sin erosión evidente por interrupción de la sedimentación nuevas capas. Una serie respecto de la otra presenta distinto buzamiento o inclinación.

• Inconformidad. superficie que separa una serie estratigráfica de otra de origen magmático (plutónicas) o metamórfico erosionado previo al depósito. No confundir con intrusión magmática (no hay erosión)

• Paraconformidad (o discordancia paralela no erosionada). Las dos series estratigráficas están separadas por una superficie de discontinuidad horizontal, pero existe un hiato = periodo de tiempo en el que no se produjo la sedimentación.

2.4. CORRELACIÓN ESTRATIGRÁFICA.

Un estrato es igual a una página del libro de la historia de la Tierra, pero en muchas ocasiones esas páginas son arrancadas/erosionadas. Podemos buscar la información de esa página eliminada en otro lugar y correlacionar la información encantarada en zonas donde no fue eliminada. De ello se encarga los método de correlación estratigráfica.

Por tanto, los métodos de correlación estratigráficas se basan en el estudio e identificación de acontecimientos que han tenido repercusión regional o global, y que han dejado huella en el registro de zonas alejadas. Destacamos los siguientes:

• Niveles guía. Estratos fácilmente reconocibles que ocurrieron a nivel regional o global. Ej depósitos de cenizas volcánicas asociados a grandes erupciones o impactos de meteoritos.
  
  
  
• Cambios en el nivel del mar globales. Hablamos de transgresiones o regresiones marinas a nivel planetario. Obviamente, al ser más lentos que el punto anterior, pueden distorsionarse.
  
  
  
• Inversiones magnéticas. inversión de los polos magnéticos terrestres como resultado un cambio en la orientación del campo magnético terrestre de tal modo que la posición del polo norte y sur magnético se intercambian.
  
  
  
• Fósiles guía - Principio de sucesión faunística. Los estratos que se depositaron en diferentes épocas geológicas contienen distintos fósiles, debido a la naturaleza continua e irreversible de la evolución biológica los fósiles, en principio, son de la misma edad que los estratos en los que se encuentran, así los que estén en los estratos inferiores también serán más antiguos que los de los estratos superiores. Se considera instantánea a escala geológica la aparición, dispersión y desaparición de seres vivos con gran movilidad (nadadores o flotadores).

2.5. FÓSILES Y DATACIÓN.

Definición de Fósil = resto de ser vivo o de actividad conservados en la roca.

La probabilidad de que un fósil se cree y conserve es muy reducida, especialmente las partes blandas (acción atmósfera, carroñeros...). Por tanto, mientras mayor cantidad de partes duras contenga (conchas o huesos por ejemplo, exoesqueletos...) y más rápidamente se entierre, mayor será la probabilidad de que fosilice. Existen excepciones como es el caso de la fosilización en hielo, brea o ámbar.

Aún así, "cada periodo de la historia de la Tierra posee una asociación de fósiles característicos" tal y como señaló William Smith (propuso ppio se sucesión faunística). A estos fósiles se les llama fósiles guía. Todos cumplen dos características:

1. Reducida distribución temporal. Es decir, existieron un periodo de tiempo corto al evolucionar muy rápido a escala geológica.
2. Amplia distribución espacial. Es decir, en su corta existencia colonizaron amplias áreas (muy abundantes pues) pudiéndose encontrar en zonas geográficas muy alejadas.
3. Fácilmente identificables o reconocibles.
4. Fácilmente fosilizables por tener partes duras (mayoritariamente invertebrados)

Tarea 4. Responde

• Diferencia entre fósil y fósil guía.
• ¿Cómo tiene lugar el proceso de fosilización - en qué condiciones?
• Indica los tipos de fosilización más relevantes.
• Haz un dibujo de los siguientes fósiles guías y busca información sobre tipo de animal y periodo geológico. Ordénalos cronológicamente. (ammnonites, graptolites, foraminíferos, belemnites, numnulites y trilobites)

Trilobite

Artrópodo marino de vida bentónica.

Cámbrico - Pérmico

539 a 250 m.a

enlace a fósiles - Pincha AQUÍ.

Trilobites. (539 a 250 m.a) Todo el Paleozoico o era primaria. Cámbrico - Pérmico 

Ammonites. (400 a 60 m.a). Desde mediados del Palezoico (Silúrico) hasta finales del Mesozoico o era secundaria (Cretácico).

Belemnites. (350 - 66m.a) Se expandieron durante el Mesozoico y desaparecen en el Cretácico-Paleógeno junto a los dinosaurios

Graptolites. (480 y 410m.a) Paleozoico inferior (Ordovícico y Silúrico).

Fusulinas o Foraminíferos (340 a 245m.a). Del Carbonífero al Pérmico

Nummulites.  (66 y 40 m.a) Paleoceno y el Eoceno, hace entre

3. RESOLUCIÓN E INTERPRETACIÓN DE CORTES GEOLÓGICOS.

3.1. PRINCIPIO DE ACTUALISMO. 

El actualismo se puede resumir con la frase "el presente es la clave del pasado". Quiere decir que los procesos que tienen lugar en la actualidad (magmatismo, sedimentación, terremotos, etc.) son los mismos que han sucedido a lo largo de la historia de la Tierra.

Así, estudiando el presente podemos obtener información de lo que sucedió en el pasado y hacernos una idea de los cambios que se han producido en la Tierra desde su formación.

3.2. HERRAMIENTAS PARA RECONSTRUIR EL AMBIENTE SEDIMENTARIO.

3.3. RESOLUCIÓN DE CORTES GEOLÓGICOS.

Un corte geológico es la representación gráfica de las estructuras que hay en profundidad en un determinado lugar. El corte geológico suele contener:

1. Series de estratos con su disposición (horizontal, basculado...) y litología. Se usan distintos símbolos. 
2.    y discontinuidades estratigráficas (disconformidad, discordancia, inconformidad, paleorrelieves...
3. Estructuras tectónicas que afectan: fallas, pliegues, vulcanismo, intrusiones magmáticas...
4. Otros: fósiles, criterios de polaridad...

Mediante el estudio de los cortes geológicos puede entenderse la historia geológica de una determinada región. Para interpretar un corte se realizan los siguientes pasos:

1. Se ordenan los materiales y acontecimientos en el tiempo, empleando los principios de superposición y continuidad.
2. Se identifican los sucesos como erupciones, pliegues, fallas, magmatismo...
3. Se describe la historia geológica de la región, para ello debes plantearte una serie de preguntas:

Practiquemos con un par de ejercicio resueltos:

EJEMPLO 1. Analiza o interpreta el corte geológico indicando el orden cronológico de los materiales y la historia geológica de la zona.

Solución

EJEMPLO 2. Analiza o interpreta el corte geológico indicando el orden cronológico de los materiales y la historia geológica de la zona.

Tarea 5. Corte geológico.

Observa el corte geológico y responde a las siguientes preguntas.

Tarea 6. 

• Ordena los estratos según su antigüedad.
• ¿Cuántas superficies de erosión observas ¿Y discontinuidades? indica tipos.
• Reconstruye la historia geológica.

Tarea 7. Analiza y responde.

Además, busca información sobre los conceptos de regresión y transgresión marina y cómo identificarlos en los distintos estratos.

Tarea 8 Observa el afloramiento descubierto en los márgenes
de una carretera y responde: 

• Reconstruye la historia geológica del mismo.
• ¿Qué tipo de discontinuidad observas? ¿Cómo se ha formado.

Tarea 9. Observa el siguiente corte y responde.

1. ¿Qué dique (X o Y) es más moderno? ¿En qué momento con respecto a los estrtos intruyó cada uno? ¿Qué principios has apliado para responder?
2. Investiga la información temporal que aportan los fósiles guía que aparecen. Deduce si la serie inferior está en posición normal o invertida.
3. Reconstruye la historia geológica.

4. MÉTODOS DE DATACIÓN ABSOLUTA.

La datación relativa permitió establecer las diferentes épocas geológicas en orden, pero no se podía conocer la edad de los distintos fenómenos. La datación absoluta consiste en poner fecha exacta a los acontecimientos geológicos.

Algunos de los principales métodos de datación absoluta son:

• Método radiométrico.
• Dendrocronología. 
• Otros como Termoluminiscencia y Varvas glaciares que no veremos.

4.1. MÉTODO RADIOMÉTRICO.

Basado en la desintegración radiactiva de ciertos elementos inestables (elemento padre), que se convierten en otros estables (elementos hijos). Este proceso es continuo y de velocidad constante.

Se llama periodo de semidesintegración al tiempo que tarda una cantidad del elemento padre en reducirse a la mitad. Midiendo la proporción de ambos elementos puede determinarse el tiempo transcurrido.

Los dos elementos más utilizados son:

• El Uranio 238 (U238) para suscesos muy antiguos. El U238 tiene un periodo de semidesintegración de 4.510 millones de años. Por tanto, la mitad de una determinada cantidad de este mineral se convierte en Pb206 al cabo de ese tiempo.
• El carbono 14 (C14) para sucesos más recientes. El C14 tiene un periodo de semidesintegración T=5730 años, por lo que una masa de 100 gramos de C14, después de 5730 años, se habrá reducido a 50 gramos. Pasados otros 5730 años, se habrá reducido a 25 gramos, etc.

VÍDEO AQUÍ + Otros vídeos explicativos 1 y 2

Otros usados son:

• El potasio 40 - argón 40, con T = 1.300 millones de años. Es el más usado, sobre todo porque funciona con rocas ígneas, rocas que son muy abundantes en la Tierra y actúan como trampas, encerrando a otros tipos de rocas.
• El samario 147 - neodimio 143, con T = 106.000 millones de años.
• El rubidio 87 - estroncio 87, con T = 47.000 millones de años.

Tarea interactiva clase. ¿Datación relativa o absoluta?

Tarea 10. Responde a las siguientes preguntas sobre el C14 sabiendo que el Carbono 14 (C14) es un isótopo radioactivo que con el tiempo se va convirtiendo en Nitrógeno 14 (N14), su vida media es de 5.750 años. Si un material está compuesto por un 50% de Carbono 14 y otro 50% de Nitrógeno 14 (procedente de la desintegración del primero) significa que la edad del cuerpo es de 5.750 años.

• ¿Cómo ocurre la desintegración del carbono 14? (¿más veloz al principio y lento al final?, ¿con la misma velocidad siempre?, ¿más lento en los primeros años y rápido al final?... )
• Se han encontrado unos huesos en una excavación arqueológica en Mérida, al realizar la prueba del C14 se ha obtenido que hay tres veces más N14 que C14 ¿Qué edad tendrán los huesos?
• En otro lugar de Mérida se han encontrado unos utensilios de madera con una cantidad de C14 tres veces mayor que de N14 ¿Qué edad tendrán?.
• Al realizar la prueba de Carbono 14 sobre un hueso de mamífero no se ha detectado ninguna cantidad de dicho isótopo ¿Qué edad tendrá el hueso?. Razona la respuesta.
• ¿Crees que sería buena idea datar una roca de 20 millones de años con Carbono 14? ¿y un pergamino egipcio con Uranio 325?. Razona la respuesta.

Curiosidades.

• LA SÁBANA SANTA, A EXAMEN. En la primavera de 1988 la Iglesia dijo sí a analizar la edad por primera vez la Sábana Santa (también conocido como Sudario de Turín) a través del método de datación de C14. Cuando les dieron permiso para examinar la tela, la ciencia tuvo por primera vez en la historia la posibilidad de aplicar un método científico real y no solo tomar fotografías -que era lo que se había hecho hasta el momento. Las investigaciones concluyeron que la sábana se tejió entre 1262 y 1384, negando su autenticidad como sudario de Jesús.
• LA ROCA MÁS ANTIGUA. Hasta 2014 los geólogos no sabían con exactitud cuándo la Tierra comenzó a enfriarse y se formaron las primeras rocas. Con una nueva forma de datación, la tomografía de prueba atómica, calcularon que un mineral de zircón obtenido en el oeste de Australia tenía nada menos que 4.374 millones de años. Así sabemos que la corteza terrestre se formó apenas 100 millones de años después de que el protoplaneta Theia chocase contra la Tierra primitiva y formase el actual sistema Tierra-Luna. Meteorito más antiguo que la Tierra.

4.2. OTROS MÉTODOS.

DENDROCRONOLOGÍA. 

Consiste en la datación con el estudio de los anillos de los árboles. Cada año, los árboles generan un par de anillos, uno claro y otro oscuro, cuyo grosor depende de las condiciones ambientales en las que se ha desarrollado el árbol. Si han sido unas condiciones duras, como sequía o de bajo rendimiento fotosintético, los anillos son muy finos. Si las condiciones han sido favorables, los anillos son más gruesos.

Aunque lo ponemos como ejemplo de datación absoluta, esta técnica sería difícil aplicarla en geología por la poca antigüedad que se puede determinar.

4.3. LA ESCALA ESTRATIGRÁFICA.