Cronología uranio-torio
La datación U-Th se basa en el análisis de las proporciones de actividad de los isótopos padre (uranio) e hija (torio). Esta relación se utiliza para aproximar la desintegración del padre y la subsecuente producción de la hija a lo largo del tiempo. En este proceso se utiliza espectrometría de masas para medir los productos de descomposición padre (234U) e hija (230Th) en una muestra determinada. Cuando el uranio se desintegra, pasa por una serie de etapas de descomposición (comenzando en 238U) hasta que finalmente alcanza un isótopo estable (que termina en 206Pb, ver más abajo).
La datación U-Th mide las proporciones de actividad de los isótopos padre (uranio) y producto (torio), mediante el cálculo de la desintegración del padre a la hija a lo largo del tiempo.
La datación U-Th de muestras de carbonato se puede realizar si se cumplen las siguientes condiciones:
- Formado dentro del rango datable de la sistemática U-Th
(hasta 500 ka), - Contiene concentraciones suficientes de los isótopos minoritarios
234U y 230Th para análisis de dilución de isótopos
de alta precisión, - Incorporación de cantidades insignificantes o conocidas de 230 Th iniciales
(en exceso) en el momento de la deposición, y - Ha permanecido cerrado con respecto a los isótopos U y Th desde
la deposición primaria.
La pérdida de uranio y el 230Th heredado en entornos de sistema abierto pueden dar lugar a conclusiones erróneas. Las muestras con una concentración inicial de U/Ca y uranio relativamente baja tienden a absorber uranio después de la deposición y a través de procesos diagenéticos, lo que proporciona edades aberrantes.
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¿Qué es la datación uranio-torio?
Datación por U-Th
El método U-Th se usa para datar materiales carbonatados hasta 500,000 años. Las muestras modernas no producirán fechas U-Th fiables debido a sus bajas concentraciones de 230Th y a las limitaciones del método. Las muestras más comunes incluyen arte rupestre, espeleotemas y coladas, corales y conchas.
Arte rupestre
El análisis uranio-torio puede proporcionar información sobre la fecha aproximada de las pinturas rupestres al datar las delgadas capas de calcita formadas en la parte superior de la obra de arte. Al hacerlo, este análisis arroja una edad mínima, también conocida como terminus ante quem. Además, en los casos donde la capa de soporte de calcita subyacente a la pintura sea accesible, también se puede establecer una edad máxima (terminus post quem) (Pons-Branchu et al. 2014). Los resultados también se pueden verificar cruzando las dataciones U-Th con 14C además de analizar múltiples capas a lo largo de la superficie de la obra, debido a la naturaleza de sistema abierto de las costras de carbonato (Sauvet et al. 2015).
(Fotografía: Arash Sharifi)
Depósitos de cuevas: espeleotemas y coladas
El análisis de isótopos estables en los espeleotemas puede proporcionar información sobre el cambio ambiental en el curso del crecimiento de los espeleotemas. Las cronologías que subyacen a estos registros paleoclimáticos, se basan en dataciones precisas mediante el método U-Th y/o 14C, que proporciona una relación entre la distancia (crecimiento) y la edad. Las estalagmitas (espeleotemas que crecen hacia arriba) a menudo son mejor opción que las estalactitas (espeleotemas que crecen hacia abajo) debido al plano de crecimiento más regular con una estructura interna más definida (Spötl & Boch, 2019). Si bien los métodos U-Th y 14C se pueden usar para fechar espeleotemas, el efecto reservorio del carbono y las impurezas químicas de los espeleotemas pueden introducir incertidumbres de edad significativas (varios miles de años) en las series datadas con 14C en comparación con las series datadas con U-Th (Goslar et al. 2000).
(Fotografía: Arash Sharifi)
Corales
Los corales se pueden datar utilizando el análisis U-Th hasta 500,000 años antes del presente. Se ha demostrado que los corales ganan y pierden uranio y torio, lo que genera un sesgo de edad. Cuando la ganancia de U se empareja con la pérdida de Th, las muestras tienen un sesgo hacia edades más jóvenes, mientras que cuando la pérdida de U se empareja con la ganancia de Th, las muestras tienen un sesgo hacia edades más avanzadas (Andersen et al. 2009). Sin embargo, se pueden aplicar correcciones sistemáticas utilizando un enfoque de detección (p. ej., Thompson et al., 2003). La reconstrucción de los cambios ambientales a través del tiempo requiere una cronología robusta. La datación U-Th de corales proporciona edades confiables más allá del rango de 14C. Estas muestras se pueden analizar más a fondo para proporcionar información sobre reconstrucciones paleoambientales, tales como: fases húmedas/secas (Yehudai et al. 2017), mortalidad/recuperación de los sistemas de arrecifes de coral (Clark et al. 2017), temperatura del agua (DeCarlo et al. 2016) y pH Stewart et al. 2016; Pauly et al. 2015).
Conchas
La datación U-Th se ha utilizado ampliamente en muestras de conchas durante décadas. Este método se basa en el hecho de que la muestra incorporó uranio durante su formación y tiene una entrada limitada de torio de fuentes externas (sistema cerrado), dejando todo el torio dentro de la estructura como producto de la descomposición U-Th. No todos los ambientes sedimentarios cumplen esos requisitos, en cuyo caso se puede aplicar la “datación isócrona” de las conchas mediante la datación de múltiples conchas del mismo horizonte de tiempo con varios niveles de entrada Th detrítico (Bischoff & Fitzpatrick, 1991) para obtener el nivel inicial de U- Th para la datación (por ejemplo, Placzek et al. 2006). Si bien la naturaleza de sistema abierto de los sistemas de caparazones hace que la datación sea un desafío, el análisis U-Th ofrece la posibilidad de datar caparazones más allá del período de tiempo de la datación 14C 14C (ca. 40 000 cal AP).
(Fotografía: Arash Sharifi)
Referencias
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Clark, T.R., Roff, G., Zhao, J.X., Feng, Y.X., Done, T.J., McCook, L.J. and Pandolfi, J.M., (2017). U-Th dating reveals regional-scale decline of branching Acropora corals on the Great Barrier Reef over the past century. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(39), pp.10350-10355. DOI: 10.1073/pnas.1705351114
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Goslar, T., Hercman, H. and Pazdur, A., (2000). Comparison of U-series and radiocarbon dates of speleothems. Radiocarbon, 42(3), pp.403-414. DOI: 10.1017/S0033822200030332
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Imagen de coral: https://www.pexels.com/photo/corals-920161/