Datación por Radioisótopos

Mineral de Apatita con trazas producidas por fisión de Uranio (cuántas más trazas más antigüedad

En marzo de 2013 tuve la oportunidad de acompañar a los alumnos de segundo de grado en Turismo de la UAM en un viaje organizado por una profesora del Dpto. de Estructura Económica y Economía del Desarrollo de la UAM a nada más y nada menos que a los yacimientos de Atapuerca, en Burgos.

Fue un viaje estupendo: una buena madrugada, una charla introductoria de geología, geografía y de datación física hecha por los profesores que acompañamos a los alumnos, una excelente guía nos explicó los yacimientos, disfrutamos del moderno y estupendo Museo de la Evolución de Burgos y nos regocijamos con unas tapas en Burgos estupendas.

Preparando el viaje acabé interesándome por una rama de la ciencia donde predomina la multidisciplinaridad: geólogos, físicos, antropólogos trabajando junto para datar fósiles, rocas o incluso cráteres. 

El resultado fue la diminuto producción científica de un handout para estos alumnos y un Bocata Seminar en mi Departamento de Física Aplicada de la UAM para mis colegas doctorandos (y algún que otro geólogo o catedrático). 

Os pongo aquí la introducción de este handout de dos páginas:

La datación de los yacimientos es un problema en toda investigación arqueológica. Los paleontólogos, arqueólogosy geólogos se sirven de técnicas físicas para datar las muestras. Hablamos de datación absoluta cuando se utilizan datos únicamente del propio yacimiento, independientemente de otros parámetros (antropológicos o biológicos).

Las técnicas de datación tienen sus límites en cuanto a precisión y antigüedad máxima, asimismo se basan en premisas que pueden no cumplirse localmente debido a efectos geológicos o atmosféricos, pero sí nos dan una idea de la ubicación temporal de un yacimiento dentro de una era geológica.

Algunas de estas técnicas se basan en isótopos radioactivos (radioisótopos) de elementos que se encuentran en la superficie y corteza terrestre. [...]

La datación por carbono 14 se basa en el radioisótopo del carbono, el ¹⁴C, que es muy poco común en la Tierra: representa solo el 0.0000000001% de todo el carbono. Su vida media es de 5.730 años de modo que sirve para
dataciones recientes (geológicamente hablando): el yacimiento más antiguo que podemos datar con esta técnica es de sólo 60.000 años. A pesar de lo extremas que son estas cifras la medición es más sencilla: en un gramo de carbono puro habrá catorce desintegraciones por minuto debido al ¹⁴C.
La cantidad de ¹⁴C en la atmósfera será la misma que la de las plantas y animales o humanos (obtenemos ese radioisótopo a través del CO₂ ), y cuando mueren y quedan enterrados comienza la cuenta atrás: al no estar en contacto con la atmósfera sus isótopos de ¹⁴C decaen sin ya poder ser repuestos. De modo que midiendo la cantidad de ¹⁴C que ya no hay porque se ha desintegrado, y comparándola con la atmósfera, se puede estimar la edad de la muestra. Si a lo largo de la historia la cantidad de ¹⁴C ha variado en la atmósfera quedará registrado en los restos fósiles de plantas, de modo que gracias a que la fotosíntesis ja el carbono en su estructura podremos comparar con su atmósfera y conocer la fecha del enterramiento.
Lógicamente añadir ¹⁴C a la atmósfera mediante la explosión de bombas nucleares no es la mejor manera de seguir preservando esta útil técnica de datación, por este motivo esta técnica se compara con la cantidad de ¹⁴C que había en 1950, fecha en la que las pruebas nucleares comenzaron a alterar considerablemente la cantidad de radioisótopos en la atmósfera.

Si queréis saber cómo funciona la datación por trazas de Uranio, termoluminiscencia o la datación relativa pero muy importante en Atapuerca llamada paleomagnetismo, descargad mi handout y luego seguid investigando. Por si acaso: Atapuerca y sus primeros moradores se remontan a hace 300.000 años, luego el caborno-14 no es útil, hay que usar otras técnicas.

Momia Chinchorro de hace 4000 años (datada por Carbono-14) en el desierto de Atacama, en Chile

Los Siete contra Tebas

"¡Raza de Edipo
Maldita, por las Furias perseguida,
Odiada por los dioses! Ya se cumple
La maldición terrible de mi padre."

Esquilo, 467 a.C.

Ilustración de Alfred Church, 1897.

Los seis comandantes asedian Tebas dirigidos por Polínices (el séptimo) contra su hermano Eteocles (hijos-hermanos de Edipo). Eteocles a cada puerta envía poderosos guerreros Tebanos para defener la ciudad y en combate singular se enfrentarán los hermanos en la séptima puerta:

"MENSAJERO:
Ya sé cuánto prepara el enemigo,
Y qué caudillo destinó la suerte
A cada puerta. En la de Preto brama
Tideo; porque, infaustos los augurios,
Del Ismeno le aparta el sacro vate.
Pero él, furioso y anhelando lucha,
Ruge como el león al mediodía,
Y de Éclides, profeta venerando,
Torpe se mofa, y le llamó cobarde,
Adulador del miedo y de la muerte.
Los tres penachos del radiante yelmo
Feroz sacude, y del broncíneo escudo
Las sonantes, espléndidas labores
Bajo la mano, en son de guerra, gimen.
Lleva en su escudo, por soberbia insignia,
El espléndido cielo coronado
De innúmeras estrellas, y la luna
En medio del broquel, la luna llena,
Ojo y señora del horror nocturno.
Así, adornado de fulgentes armas,
En la ribera del sagrado río,
Clama por arrojarse a la pelea,
Como fiero corcel que muerde el freno,
Si de bélica trompa el son escucha.
¿Quién le opondrás? ¿Quién de valor tan grande
Que la Prétida puerta le defienda,
Si sus canceles impetuoso rompe?"

Esquilo, 467 a.C.
Traducción de Marcelino Menéndez y Pelayo.

Tideo contra Menalipo, en la puerta de Proítida
Capaneo contra Polifonte, en la puerta de Electra
Eteoclo contra Megareo, en la puerta de Neita
Hipomedonte contra Hiperbio, en la puerta de Atenea
Partenopeo contra Áctor, en la puerta del Bóreas
Anfiarao contra Lástenes, en la puerta Homoloide
Y Polínices contra su hermano Eteocles, en la séptima puerta.

Increíble tragedia de Esquilo, desgarradora, enraizada en todas las profecías Griegas y amarga como la que más tras el desastre de la Guerra entre hermanos. Épica la cuenta de los comandantes que asedian Tebas desde sus siete puertas, recordándonos a la cuenta de las Naves de la Ilíada o a los Argonautas de Apolonio (más bien al revés porque Apolonio de Rodas es más tardío que Esquilo).

Me muero por ir un verano al Festival Internacional de Teatro Clásico de Mérida y disfrutar de estas joyas en una joya de teatro, con mi dos joyas Sandra y Valeria, quién su nombre hace honor y recuerda la valentía de esos clásicos que nos mantienen vivos.

Nickel Oxide literature

Ordenar bibliografía científica es una tarea complicada para la cual hay que seguir los consejos del estupendo Dr. James Hayton (una persona muy importante en esta época de mi vida): acting decisively and how to efficiently review the literature.

En la foto os presento a unos pen-friends durante mis últimos cinco años: la comunidad internacional de chiflados que estudiamos el Óxido de Níquel (NiO), cuya larga historia y apasionantes discusiones son la base de mi tesis.

De izquierda a derecha amontados los relevantes artículos de cada grupo de científicos que estudian el NiO de una manera similar a la mía (hay muchos más, de hecho debería haber incluido a los Eslovenos, pero es que son inclasificables):

- Europeos y Estadounidenses dedicados a la base teórica de la física-química-cristalográfica
- Letones durísimos
- Grandes Japos
- Buenos Koreanos
- Taiwaneses 1
- Taiwaneses 2
- Cutrísimos Taiwaneses
- Hindúes muy listos

Ya veremos qué adjetivo me puedo poner a mi montoncito. Al menos utilizamos medidas finas de sincrotrón que sólo usan también los Letones. Es curioso que los orientales se centran mucho más en las aplicaciones que en los problemas fundamentales de la física. Nosotros no somos nada aplicados, por el momento, sino que somos muy fundamentales. Tiene sus ventajas.

Generador de Exoplanetas

Uno de los retos de un escritor de Ciencia Ficción "dura" es dotar a su obra de un transfondo científico sin el cual no se sostenga la novela. No existen muchas y casi todas se permien ciertas licencias sin las que no llegaría la aventura más allá de la nube de Oort y con pocos protagonistas (no podemos mandar nuestras naves muy lejos y encima la sacrificada tripulación tiene que ser escasa).

Cuando aprendí programación avanzada en la Facultad, usando el viejo pero potentísimo lenguaje científico ForTran, se me ocurrió que con el tiempo podría ir haciendo un simulador de un sistema solar: que calcule un número de planetas, establezca por azar sus masas y del resto se encargaría Newton. Para aquéllos que desconfien de Newton (porque han oído hablar que Einstein le corrigió, que sepan que con las ecuaciones de Newton el Hombre llegó a la Luna, no hacían falta usar las correcciones relativistas).

Nunca hice tal programa (pero sigue en mi lista de tareas pendientes) pero descubrí que gente mucho más esforzada e inteligente sí lo ha hecho.

Damas y caballeros, aprendices del Universo y futuros escritores de Ciencia Ficción, les presento el Generador de Sistemas Solares StarGen creado por Jim Burrows.

Mi sistema solar "Ítaca", generado con WinStarGen

Derramé dulces lágrimas cuando lo ví, jugué con él, aprendí con él.

Antes una motivación a esta historia: poco a poco en la última década llegan noticias a nuestros periódicos de que los astrófísicos encuentran planetas en estrellas lejanas y cercanas. Alucinante. Muchos de esos planetas son gigantes gaseosos como Júpiter o Saturno. Detectar planetas pequeños como la Tierra es complicado. Pero la estadística (ecuación de Drake de la Vida Extraterrrestre) nos dice que tiene que haber un planeta como el nuestro en alguna maldita parte.

Lo primero es entender porqué la Tierra es tan especial: la Tierra se encuentra dentro de un margen estrechito llamado "Zona Habitable": ni tan cerca como Mercurio o Venus que nos abrasaríamos ni tan lejos como Marte o Júpiter que nos helaríamos. La Tierra además tiene capacidad para mantener su atmósfera (Venus también, pero tiene ácidos y tormentas terribles) pero Mercurio y Marte la perdieron por ser chiquititos. Si fuésemos un gigante de gas no habría manera de salir de un estado similar medusas flotantes (tiene que haber novelas sobre esto). Pues resulta que si la estrella es mediana (como el Sol) hay mayores probabilidades de que haya planetas terráqueos habitables.

Y esto lo calcula el StarGen. Calcula también la gravedad de estos planetitas, la composición de su atmósfera, la excentricidad de la órbita, si sus órbitas están ancladas por rozamiento gravitatorio, etc. En pocas simulaciones uno aprende dos cosas:

- Es muy poco probable que haya un planeta similar a la Tierra (pero no imposible).

- Los planetas terrestres ocurren cuando la masa de la estrella es similar a la masa de nuestro Sol (mediano).

Así que tras un rato simulando un futuro escritor de ciencia ficción que quiera esforzarse en dar credibilidad a su sistema solar puede utilizar esta herramienta y disfrutar y hacer disfrutar a los demás con el dominio de las leyes de la Física.

¡A disfrutarlo!

Bibliografía extra:

- Habitabilidad de planetas I: La wikipedia tiene un buen artículo.

- Habitabilidad de planetas II: Review en la revista Science en su especial de mayo de este año.

- Noticia de dos exoplanetas descubiertos con el telescopio Kepler.

- Premio Fronteras del Conocimiento a los primeros cazadores de exoplanetas.

Ik ben terug met mijn notitieboekje onder mijn arm!
Weer aan het reizen, alles weten, alles proberen, harder werken dan nooit!

Asesinato

Polaris

Ver una peonza girar siempre es algo hipnótico. Suele trasladarse poco a poco y a veces choca con una farola o cae entre dos baldosas. Rota y rota a gran velocidad haciendo que los colores se difuminen y veamos nuevas mezclas. A medida de que la gravedad hace su efecto se inclina, girando lentamente, sin llegar a caer, es lo que se llama precesión. A veces, si la hemos lanzado con mucha energía (después de mucha práctica) no sólo girar lentamente sino que, además, tiene un movimiento extraño, un cabeceo, desafiando a Newton, es lo que se llama nutación.

Como la Tierra gira sus movimientos se pueden calcular con exactitud, como los de una peonza: traslación alrededor del Sol (un año), rotación (días y noches), precesión (el cambio de los equinoccios en lo que se conoce como el año platónico: 25776 años) y nutación (1385 cabeceos en cada año platónico).

Resumiendo de otra manera: el movimiento de precesión es el causante del cambio de orientación del eje terrestre. Está inclinado 23º respecto a la perpendicular del plano del Sistema Solar (y por eso tenemos las estaciones, invertidas en cada Hemisferio) pero debido a la precesión este eje que atraviesa la Tierra apunta a sitios diferentes. ¿Pero se nota?

A los que me hayáis acompañado a ver las estrellas seguro que esto os suena: la estrella polar, Polaris, una de las estrellas de la Osa Menor, nos indica el Norte. Así no nos perdemos. A su alrededor gira el firmamento y si dejamos una cámara de vídeo apuntando a ella veremos una bonita foto con un punto en medio (Polaris) y circunferencias concéntricas creadas por las otras estrellas al acelerar el tiempo. ¿Porqué señala el Norte? Por pura casualidad. De hecho no es exactamente el norte, pero para los casos prácticos (perdido en mitad del Bosque o en una carretera sin indicaciones), sirve de sobra.

Debido a la precesión de la Tierra en otros momentos de la historia la estrella Polar no indicaba el norte, a veces lo indicaba otra estrella cercana, a veces ninguna. Osea que ahora tenemos suerte pero hace años no la tenían tanto. Habría que esperar otros 25776 años para que la estrella Polar fuese de nuevo nuestra guía.

Usando el estupendo programa Stellarium he simulado el firmamento alrededor del norte en diferentes épocas de la historia. Podéis observar en un circulito blanco la estrella polar y el centro de la malla radial, el origen de coordenadas, es el Polo Norte. Observad cómo no siempre es el mismo punto (casi nunca, de hecho).

Así se ve el cielo la noche del 23 de diciembre cerca de mi casa (Galapagar, noroeste de Madrid, unos 40º Latitud Norte):

Y así lo vio el descubridor Cristóbal Colón en su primer viaje a América, el 10 de septiembre en mitad del Océano Atlántico:

Y así lo observó el vikingo Erik Thorvaldsson (Erik el Rojo) en su segundo viaje a Groenlandia en el año 985, alejado de la costa de Islandia:

Y así era el cielo que observaba la astrónoma y matemática Hipatia de Alejandría en el año 400, afinando sus medidas de los astros:

El mayor de todos fue el sabio griego Hiparco de Nicea que, entre otros logros alucinantes, fue capaz de medir esta precesión (¡en el corto tiempo de una vida humana!) con asombrosa exactitud: calculó que el punto de Aries se desplaza 45 segundos de arco al año (en realidad son 50 segundos y pico de arco). Las medidas las podía haber hecho una noche del año 130 antes de Cristo en un cielo observado como éste:

¿Y cómo será el cielo en el año 3000? Aquí lo tenéis (cerca de mi casa):

Ahora veamos una noche entera en Alejandría, tal y como la observaba Hiparco cuando estaba dirigiendo la Gran Biblioteca:

El punto rojo es el Norte y la Osa Menor, a lo largo de seis horas de noche, rodea ese punto (la flecha amarilla os indica la trayectoria), como podéis ver no hay ni grandes estrellas ni la polar es ahora una referencia, ¡mucho más difícil era orientarse y tomar medidas!

El gran Hiparco fue capaz de medirlo, llevando la matemática y astronomía griega a su máximo esplendor. Más no se podía hacer, el siguiente paso necesitaba matemáticas más modernas y mediciones más precisas (como desarrollaron los árabes) y mejores instrumentos (el telescopio de Galileo), pero sobre todo ideas atrevidas, revolucionarias. No se le hizo mucho caso a Aristarco de Samos así que hubo que esperar a Copérnico.

Hiparco consiguió, con una precisión sin parangón, dejarnos un legado astronómico increíble que fue usado por navegantes durante siglos. Sin esos meticulosos y geniales griegos no tendríamos tan valientes y soñadores aventureros.