25/11/08

La prueba del Carbono 14.

A los Geólogos nos gusta mucho poner edades a todo lo que miramos. Hay muchas formas de suponer o de saber la edad de una roca, fósil o un proceso geológico. Una de ellas son los métodos radiométricos. Hoy en día, pocas personas no han oído hablar de la famosísima prueba del carbono 14. Esta prueba se utiliza para datar restos orgánicos no muy antiguos (hasta unos 60000 años más o menos) y pese a lo que dice la wikipedia no es la técnica más fiable para datar absolutamente nada. Pero eso lo dejo para el final.

Para entender cómo funciona esta prueba primero hay que conocer tres conceptos sencillos:

-Isótopo: del griego Iso (mismo) y topos (lugar) son átomos que pese a sus diferencias ocupan el mismo lugar en el sistema periódico puesto que tienen características físico-químicas muy similares, en realidad son átomos que tienen igual número de protones y de electrones pero tienen distinto número de neutrones. Es decir, son átomos hermanos. El Carbono tiene tres isótopos, el Carbono 12 (C12) que es el más común, el Carbono 13 (C13) y el Carbono 14 (C14). Otros elementos como el oxígeno o el uranio también están formados por distintos isótopos. El número que tienen detrás indica el número de protones sumado al de neutrones que tiene cada uno. Los tres tienen 6 protones y seis electrones, por ello los tres son CARBONO, pero el C12 tiene 6 neutrones el C13 siete y el C14 ocho.

-Isótopo estable e isótopo radiactivo: Un isótopo estable es aquel que es así desde el momento en el que se formó y que nunca en condiciones normales va a variar. Sin embargo un isótopo radiactivo es aquel que se desintegra con el tiempo provocando con ello la liberación de energía. El C12 y C13 son isótopos estables de carbono, mientras que el C14 es un isótopo radiactivo. El C14 se desintegra poco a poco transformándose en Nitrógeno.

-Periodo de Semidesintegración: Es la unidad estándar que se utiliza para saber la velocidad a la que se desintegra un elemento. Mide lo que tarda en desintegrarse la mitad de los isótopos radiactivos. En concreto este periodo de semidesintegración es en el C14 de 5730 años. Esto significa que si tenemos 100 átomos de C14 recién formados (todavía humeantes) cuando pasen 5730 años sólo nos quedarán 50, los otros 50 serán de nitrógeno. Por esto el C14 no sirve para datar más de 60000 años de antigüedad porque pasados 60000 años todo el C14 se ha desintegrado. Estos periodos están calculados de forma empírica, es decir, en el laboratorio.

Si los conceptos anteriores han quedado más o menos claros el resto es sencillo. Si se conoce el número de átomos inicial y el final de un isótopo radiactivo entonces se puede saber la edad que tiene. Existen muchos de estos "relojes atómicos", algunos de los más conocidos son el método del Uranio-Plomo, el del Argón-Potasio, el del Argón-Argón y el del Carbono14. Todos los anteriores excepto el del Carbono 14 son métodos absolutos, es decir, la edad que proporciona la muestra medida es la edad que tiene, ya que para todos aquellos métodos se conoce la relación inicial entre los dos átomos utilizados. Sin embargo esto no ocurre en el método del Carbono 14.

El C14 no es un isótopo que esté en la tierra de forma natural, ya que si así lo fuera ya no quedaría ni un sólo isótopo porque la tierra tiene 4500 millones de años y como ya he comentado en unos 60000 años todos los isótopos de C14 se desintegran. Este isótopo se forma de manera continua en las capas altas de la atmósfera por la incidencia de los rayos del sol. Todos los seres vivos absorbemos este átomo que se mantiene en una proporción constante en nuestro cuerpo mientras vivimos, en el momento que morimos ya no podemos absorber más este isótopo por lo que empieza a desintegrarse sin que sea sustituido por nuevos isótopos de C14. El problema que presenta el método es que supone que la producción atmosférica de C14 ha sido igual durante los últimos 60000 años y sabemos que esto no es cierto. en los últimos 60000 años ha habido importantes cambios en la producción de C14 en función de la incidencia de los rayos solares. Por ello los resultados de este método no sólo no son absolutos sino que no son válidos por sí solos. De hecho se ha descubierto que muchas de los organismos o restos que se habían datado con este método han resultado ser mucho más antiguos o modernos de lo que indicaba la prueba del Carbono 14.

El problema es que la mayoría de los métodos absolutos de verdad no son útiles en intervalos de tiempo tan "pequeños" como 60000 años. Por ello se está calibrando en la actualidad el método del Carbono 14 con la dendrocronología, que es la ciencia que mide el tiempo en función de los anillos de los árboles, y también con ayuda de testigos de hielo. La dendrocronología va retrocediendo año a año en restos fósiles de árboles comparando cada uno de los anillos de estos árboles y sus contenidos en C14. En la actualidad se ha elaborado una lista de edades para los últimos 15000 años más o menos. Esta calibración da edades bastante buenas con errores muy bajos (entre uno o diez años de error), pero aún sólo sirve para los 15000 años más recientes de la historia de la tierra.

10/11/08

GEOFOTOS

Debido a la inactividad tan grande que presenta en general el blog he decidido crear una sección. Es decir, a partir de este momento el blog va a tener dos apartados uno será TEMAS, que corresponde a lo que hasta ahora ha sido el blog, el otro se titulará GEOFOTOS y consistirá en una fotografía geológica que irá acompañada de una breve explicación. Como siempre la finalidad será didáctica, y en este caso estará orientado a difundir un poco las olvidadas ciencias de la tierra.

Esta fotografía apareció en el número de mayo de la revista "Investigación y Ciencia". corresponde a un afloramiento en Cornualles en el sur del Reino Unido. Las líneas rojas las he añadido yo para que se puedan seguir fácilmente los estratos de roca plegados.

Creo que no hace falta un comentario muy amplio, lo que se ve en la foto son pliegues acostados o "tumbados" bastante apretados. Las rocas se deforman y se pliegan ¡sin dejar de ser sólidas!

6/11/08

Sobre el patinaje sobre hielo.

Chufi14 ha formulado la siguiente pregunta:
¿Por qué en el patinaje sobre hielo en exteriores la cuchilla del patin es muy delgada? ¿Tiene que ver con el punto de fusión del hielo?
Me he quedado de piedra. Evidentemente no tenía ni idea de que los patines para exteriores tuviesen cuchillas distintas que los de interiores así que he tirado de wikipedia para comprobarlo. Como ya me imaginaba existen infinidad de patines con cuchilla: patines de patinaje artístico, patines de hockey, patines para el portero de hockey (sí, son distintos), patines para bandy (que para quien no lo sepa es otro tipo de hockey sobre hielo que se juega con pelota en vez de con disco), patines de carreras y patines de travesía. Supongo que existirán muchos más tipos, de hecho, me extrañaría que no existiesen los patines converse all star con puntera blanca de goma.

Todos los patines excepto los de travesía están pensados para interiores. En estos patines la longitud de las cuchillas suele ser un poco más que la del patín y el grosor varía entre 1 y 6mm dependeiendo del uso que se vaya a hacer de ellos, los más finos son los de carreras. Los patines de travesía habitualmente tienen cuchillas muy largas, de unos 50 centímetros o más y ligeramente curvadas (con un radio de 25 metros, es decir que se necesitan unas 300 cuchillas para completar un círculo) y su grosor es de un milímetro. Además las cuchillas son extraíbles fácilmente para poder utilizar las botas en las zonas donde no haya hielo.

El hecho de que sean más largas y curvadas es simplemente porque el hielo natural es bastante más irregular que el de una pista artificial donde se alisa y se renueva cada poco tiempo. La mayor longitud y ligera curvatura proporcinan mayor estabilidad antes las irregularidades que hay en las superficies de hielo natural.

Pero la pregunta es por qué son más finos. Y si esto tiene que ver con el punto de fusión del hielo. Bueno, pues aunque esta no venía en la wikipedia esto es lo más fácil de contestar. Como ya expliqué en una entrada antigua titulada El punto de ebullición del agua y las ollas a presión los puntos de fusión/solidificación y ebullición/condesación dependen no sólo de la temperatura sino que hay más fatores como la presión o la salinidad del agua.

Por otra parte también hay que explicar que el hielo no resbala tanto como parece, no hace falta más que pensar en los cubitos de hielo recién sacados del congelador, su tacto es áspero y no demasiado resbaladizo, que recuerda al tacto que tiene el cuarzo. Sin embargo en el mismo momento que la primera capa del hielo se ha fundido y el cubito está recubierto por una fina lámina de agua líquida entonces es terriblemente resbaladizo. Por lo tanto para que una superficie helada tenga la capacidad de carecer apenas de rozamiento es necesario que se funda una capita muy fina de hielo en la superficie.

Como ya sabemos cuanto más aumenta la presión más altos son los puntos de ebullición/condensación del agua. Justo lo contrario pasa con el punto de fusión/solidificación a mayor presión menor es la temperatura necesaria para que el hielo se funda, aunque en el caso del punto de fusión es menos exagerado que el de ebullición y aunque exista muy alta presión este punto no bajará tanto como el de ebullicón sube. Normalmente a una atmósfera de presión (unos 100000 N/m2) el punto de fusión es 0ºC. Sin embargo al aumentar la presión, este punto puede bajar hasta unos cuantos grados bajo cero, esto ocurre porque el agua sólida es menos densa que la líquida y al aumentar la presión las sustancias tienden a compactarse. Bueno pues al ponernos de pie sobre el hielo aumentamos la presión (que recordemos que se mide en fuerza/superficie). Cuanto mayor sea la fuerza (en este caso será nuestro peso) y menor la superficie sobre la que lo apoyemos (en este caso cuanto más fino sea el patín) más presión haremos. Como modelo contrario están las raquetas de nieve que sirven para aumentar la superficie con la que se pisa y por lo tanto disminuir la presión con la que pisamos sobre la nieve, así no nos hundimos, como si de Légolas nos tratásemos.

Pues bien, los patines de travesía son tan finos como los de carreras porque así hacen más presión sobre el hielo para fundirlo mejor. En el caso de los de carreras es porque la velocidad es muy alta y el pie se apoya durante poco tiempo así que cuanto más finos más fácilmente se funde el hielo y no se atascan en ninguna zancada. En el caso de los de travesía estará relacionado con la longitud de la cuchilla. Como la cuchilla es muy larga si el grosor también lo fuera, entonces, la superficie de la cuchilla sería bastante grande y resbalaría peor porque se haría menos presión y por lo tanto el hielo, que además en exteriores puede estár mucho más frío no fundiría y no resbalaría lo suficiente.