La historia de la Tierra

Ideas históricas sobre la edad de la Tierra

¿Cuál es la edad de la Tierra? Esta pregunta que cualquiera puede hacerse no fue una preocupación de los científicos hasta el siglo XIX: en la antigüedad, las explicaciones que se daban para tratar de responderla eran de tipo religioso (todas las culturas tienen algún mito religioso sobre la creación del mundo, lo que se llama una cosmología) o, cuando tenían carácter más o menos científico, solían considerar que la Tierra era eterna, y que había existido desde siempre.

En la cultura occidental dominó durante mucho tiempo la explicación recogida en la Biblia: la Tierra había sido creada por Dios en un momento determinado. En el siglo XVII James Ussher, un obispo anglicano de Irlanda del Norte, calculó que la creación del mundo había tenido lugar en la tarde del sábado 22 de octubre del año 4004 antes de Cristo, según el calendario juliano, basándose en los textos bíblicos. Sin embargo, la verdadera amplitud del tiempo geológico no empezó a entenderse hasta el siglo XIX, y tuvo que ver con la explicación que se pudo dar a la naturaleza de los fósiles.

Los fósiles se conocían desde la antigüedad, pero no fue hasta el siglo XVII cuando se consideraron definitivamente como restos de organismos pasados. Quien defendió esa idea fue Nicolás Steno, un fraile y científico danés. Esta explicación provocó, como suele ser habitual en la ciencia, nuevos problemas que resolver: ¿por qué aparecían animales marinos en lo alto de las montañas? ¿por qué algunos de esos restos eran diferentes a los organismos que se conocen en la actualidad? ¿qué había ocurrido con ellos?

Muchas de las respuestas que se dieron a estos problemas se basaron en la idea de que en el pasado había ocurrido una gran catástrofe, en general identificada con el diluvio universal citado en la Biblia, por lo que sus defensores fueron denominados catastrofistas. Sin embargo, esto planteaba otro conjunto de problemas sin resolver. Por ejemplo, se pudo observar que existían varios conjuntos distintos de fósiles extinguidos, y no solo uno. La solución que los catastrofistas dieron a este problema fue proponer que, a lo largo de la historia de la Tierra, habían tenido lugar varios diluvios, y que el último era el recogido por la Biblia.

Esta idea de las grandes catástrofes del pasado no terminó de convencer a todos los científicos. Algunos geólogos ingleses (Hutton y Lyell entre otros) defendieron una teoría distinta, que es la aceptada en la actualidad: "el presente es la clave del pasado". Este principio, que resume la teoría del uniformismo, significa que los procesos naturales que actuaron en el pasado son similares a los que pueden observarse en la actualidad. Por lo tanto, si en el presente es difícil imaginarse un proceso que de lugar a un diluvio universal, debemos pensar que ese fenómeno tampoco pudo ocurrir en el pasado.

A principios del siglo XIX un científico francés, Jean-Baptiste de Lamarck, propuso una explicación diferente para la desaparición de los fósiles: los seres vivos se han ido transformando unos en otros, de forma que los más antiguos fueron desapareciendo a medida que iban surgiendo otros diferentes a partir de ellos.

Aunque muchos aspectos concretos de la teoría de Lamarck estaban equivocados su idea fundamental, la de que los organismos evolucionan, resultó ser correcta. Pero la evolución de los seres vivos es extremadamente lenta, por lo que el origen de la Tierra tuvo que ocurrir, necesariamente, hace mucho tiempo, desde luego mucho más de los seis mil años que suponía el obispo Ussher.

Las hipótesis de Lamarck sobre la edad de la Tierra no fueron aceptadas con facilidad. Por ejemplo Lord Kelvin, el importante físico del siglo XIX al que se conoce, entre otras grandes aportaciones, por la escala termométrica que lleva su nombre, afirmaba que la Tierra no podía tener más de diez mil años, y que retrasar su origen más allá de esa cifra era absurdo.

Las estimaciones de la edad de la Tierra

Una de las razones fundamentales para que se diera tal grado de incertidumbre sobre la edad de la Tierra es la dificultad de calcularla. Como no existía ningún procedimiento directo para poder hacerlo, era necesario recurrir a métodos indirectos. Y ahí estuvo la causa del error de Kelvin: él pensaba que nuestro planeta se formó a partir de una masa de roca en estado de fusión, es decir, líquida, y que se había ido enfriando con el tiempo. Calculando el ritmo de enfriamiento y la temperatura del núcleo de la Tierra, trató de estimar de forma aproximada el tiempo transcurrido desde que todo el planeta era una masa líquida. Su error fundamental fue su hipótesis inicial (es decir, la idea original en la que basó su razonamiento), que la Tierra se formó a partir de una masa de roca líquida, porque en su época no se conocía el mecanismo que permite explicar el calor interno del planeta, la radiactividad.

Una de las primeras herramientas que sirvieron para estudiar el pasado de la Tierra fue proporcionada por un científico que ya se ha nombrado anteriormente, Steno. Estudiando las rocas sedimentarias, que se forman cuando se depositan materiales erosionados en zonas profundas de la superficie llegó a una conclusión que aunque parezca evidente es fundamental: esas rocas se forman de modo ordenado, de abajo hacia arriba, de modo que, si no ocurre nada que cambie su posición original, las rocas sedimentarias más profundas son más antiguas que las más superficiales.

Este método no permite saber cuándo se depositó un estrato (cada una de las capas de roca sedimentaria), pero sí ordenarlos, es decir, saber cuál es más antiguo y cuál más moderno. Por ese motivo (hace posible ordendar, pero no calcular la fecha) este método, y todos los que se parecen a él se denominan métodos de datación relativa.

La datación relativa basada en la ordenación de los estratos sedimentarios recibe el nombre de método estratigráfico.

La ordenación de los estratos de una serie no siempre resulta tan fácil como parece a primera vista. Los acontecimientos geológicos que pueden ocurrir después de la sedimentación modifican la posición de los estratos, alterando el orden que tenían inicialmente hasta dar lugar a estructuras estratigráficas muy complejas. Para interpretarlas se aplican varios principios científicos sencillos, además del de superposición, que explican las relaciones entre los estratos y sus posiciones relativas:

• Principio de horizontalidad original: los estratos se depositan siempre horizontalmente, y siguen así si no actúa ninguna fuerza sobre ellos.
• Principio de intersección: si una estructura (por ejemplo una masa de magma) o un fenómeno (como una falla) atraviesa a otra, la estructura atravesada es la más antigua (todo acontecimiento que afecte a las rocas es posterior a ellas).
• Principio de continuidad lateral: un estrato tiene la misma edad en toda su extensión horizontal.
• Principio de correlación: los estratos de diferentes épocas geológicas contienen fósiles diferentes. A la inversa, los estratos que contienen los mismos fósiles corresponden a la misma época.

La estratigrafía, que es la parte de la geología que se encarga de estudiar las rocas sedimentarias estratificadas, no solo sirve para estudiar la edad de las rocas, sino que proporciona mucha más información. Conocer las rocas que se han formado en un determinado momento permite, por ejemplo, reconstruir el ambiente geológico en el que se originaron (por ejemplo si era el fondo de un mar o de un lago), o el clima en el que se produjeron. También permite reconstruir la historia de los procesos que tuvieron lugar en la zona en la que se encuentran los estratos: si se ha visto sometida a esfuerzos (fallas, pliegues) o si han ocurrido en ese entorno procesos geológicos como terremotos o erupciones volcánicas.

Para poder comprender los principios estratigráficos es necesario conocer alguna terminología relacionada con esta rama de la ciencia.

• Un estrato es cada una de las capas en las que se han depositado los materiales sedimentarios. Los estratos, además de su composición (es decir, del tipo de rocas que los forman), tienen algunas características que resultan útiles para describirlos y caracterizarlos:
• El muro o base del estrato es su límite inferior.
• El techo del estrato es su superficie superior.
• La potencia del estrato es el espesor del mismo, medido entre la base y el techo.
• El buzamiento es el ángulo que forma la superficie de un estrato con la horizontal.
• La dirección es el ángulo que forma la recta donde se cortan el estrato y la horizontal con el norte magnético.

La sedimentación no es un proceso que tenga lugar de forma ininterrumpida. Cuando cambian las condiciones ambientales (por ejemplo si dejan de llegar sedimentos, si el mar se seca o si la zona se eleva) puede interrumpirse, quedando la superficie del estrato (su techo) expuesto a la erosión. Esto hace que las superficies de contacto entre estratos diferentes puedan ser irregulares, pero también puede provocar que se pierda algún estrato. También puede ocurrir que los estratos se plieguen, o se inclinen, por acción de una fuerza. En todos esos casos se producen fenómenos que pueden alterar la continuidad de los estratos y modificar los principios estratigráficos, dificultando la reconstrucción de la historia geológica.

Un conjunto de estratos que se han depositado de manera continua en una zona es una serie estratigráfica. Cuando la sedimentación se interrumpe, para volver a producirse al cabo de un tiempo, se establece una discontinuidad estratigráfica, con lo que se puede decir que dos series estratigráficas están separadas entre sí por una discontinuidad. Los tipos de discontinuidades estratigráficas que pueden darse son interesantes y ayudan a entender qué pasó en una zona determinada en el pasado:

• Las discordancias angulares se producen cuando la serie estratigráfica más antigua se ha plegado, de forma que sus estratos forman un ángulo. Cuando observamos esto podemos deducir que se ha producido la sedimentación de la primera serie, seguida de su plegamiento y erosión. Por último, se ha depositado la serie más reciente.

• Una discordancia erosiva (disconformidad) consiste en que la serie más antigua se ha erosionado en su parte superior, depositándose sobre ella los nuevos materiales. La zona de contacto entre los estratos es irregular.

• La paraconformidad tiene lugar cuando dos series de estratos están separadas por una superficie horizontal, como si entre ellas no faltara ninguna capa. Se puede detectar comparando series estratigráficas de la misma época pero de zonas diferentes, aunque próximas. La falta de materiales entre las dos series estratigráficas se denomina laguna estratigráfica.

Con ayuda de los principios estratigráficos, y estudiando las columnas estratigráficas de una zona, los geólogos son capaces de deducir cuál ha sido la historia geológica de una zona determinada de la Tierra, como puede verse en la siguiente animación.

Otro método importante de datación relativa de la edad en rocas sedimentarias es el estudio de sus fósiles. En la actualidad se conoce con bastante precisión el tipo de fósiles que han vivido en la Tierra a lo largo de los distintos periodos geológicos, de forma que se han podido ordenar formando una secuencia que permite comparar entre sí rocas de regiones diferentes: las rocas que poseen los mismos tipos de fósiles corresponden a la misma época, aunque su composición sea diferente. Sin embargo, no todos los fósiles resultan útiles para datar las rocas, porque algunos de ellos han existido durante largos periodos de tiempo a lo largo de la historia de la Tierra, lo que limita su validez para conocer la edad de las rocas en las que pueden encontrarse. Los fósiles más apropiados para datar los procesos geológicos son los que existieron durante un periodo de tiempo corto, ocuparon una zona geográfica muy amplia y fueron muy abundantes. Esos tipos de organismos se denominan fósiles guía.

Datación absoluta

Aunque conocer el orden de los acontecimientos geológicos aporta una gran cantidad de información interesante, también es importante poder conocer el momento concreto en el que se produjeron los diferentes acontecimientos geológicos. Para hacerlo es necesario contar con algún tipo de fenómeno que se repita periódicamente, de forma regular.

Hay varios procesos que poseen estas características y que pueden utilizarse para fechar acontecimientos, como el crecimiento de los anillos de los árboles, tanto vivos como fósiles, o los sedimentos que se depositan anualmente en el fondo de algunos lagos glaciares (varvas). Sin embargo, esos procedimientos suelen servir para periodos cortos de tiempo.

El método más utilizado y eficaz para fechar acontecimientos geológicos es el estudio de la desintegración radiactiva en los minerales. Muchos elementos químicos poseen isótopos, es decir, algunos de sus átomos tienen un número de neutrones diferente. En algunos casos (aunque no en todos) eso hace que estos átomos sean inestables, es decir, pierdan algunas de las partículas de su núcleo (protones y/o neutrones) y se transformen en otros.

Lo que hace interesante este fenómeno desde el punto de vista de la geología es que se trata de un fenómeno que ocurre de forma periódica: cada cierto tiempo, el número de átomos del isótopo radiactivo se reduce a la mitad, transformándose en átomos de otro elemento.

El proceso se comprende mejor con un ejemplo. El método de datación radiactiva más conocido, aunque no es el más útil en geología, es el método del carbono 14. La mayor parte de los átomos de carbono tienen en su núcleo seis protones y seis electrones, lo que hace que su número másico sea 12 (6+6). Sin embargo, hay algunos que tienen seis protones y ocho neutrones, por lo que su número másico es de 14 (6+8). Estos átomos, que son los que se denominan "carbono 14" (se representa como ¹⁴C), son inestables y se descomponen a un ritmo constante: su número se reduce a la mitad cada 5370 años.

El carbono es un elemento típico en la materia que forma los seres vivos, por ejemplo en los huesos. La proporción de átomos de ¹⁴C de los seres vivos es siempre la misma, porque cuando se alimentan los asimilan en la proporción, constante, en la que se encuentran en la naturaleza, pero a partir del momento de su muerte el organismo deja de incorporar átomos de carbono, y los de ¹⁴C se van descomponiendo, por lo que a medida que pasa el tiempo los restos orgánicos tienen una proporción cada vez menor de átomos de carbono inestables. Por ejemplo, si en el momento de su muerte el organismo tenía 200 átomos de ¹⁴C, cuando hayan pasado 5370 años (el periodo de semidesintegración de este isótopo) solo le quedarán cien átomos; al cabo de 10740 años quedarán solo cincuenta átomos, y así sucesivamente. Como es posible saber cuántos átomos de ¹⁴C tenía el organismo en el momento de su muerte, y cuántos tiene el fósil que dejó, se puede calcular el tiempo que ha pasado desde la muerte del organismo.

El método de datación por carbono 14 tiene un grave inconveniente: solo se puede aplicar a restos con una antigüedad máxima de unos 60.000 años. Sin embargo, existen otros pares de isótopos que tardan más tiempo en desintegrarse, con lo que se puede determinar la edad de rocas mucho más antiguas, que abarcan toda la historia geológica de la Tierra.

El actualismo, un principio geológico fundamental

En el siglo XVIII James Hutton, un geólogo inglés, resumió en una sola frase uno de los principios fundamentales de la geología actual: "El presente es la clave del pasado". Con esta idea Hutton quería enfrentarse a la opinión científica, dominante en su época, que trataba de explicar los acontecimientos pasados de la historia de la Tierra recurriendo a grandes catástrofes que tuvieron lugar en el pasado, pero que no serían posibles en la actualidad.

Para Hutton, en cambio, todos los fenómenos pasados tienen que poder explicarse según las causas que conocemos en la actualidad. Los procesos geológicos han podido suceder más deprisa o más despacio de como ocurren ahora, pero las causas que los provocaron y el modo en que ocurrieron fueron similares a los que actúan en el presente.

El principio del actualismo es la base para todas las "ciencias históricas", es decir, las que tratan de reconstruir lo que ocurrió en el pasado. Solo podemos interpretar lo que ocurrió hace tiempo si suponemos que en otras épocas actuaban las mismas leyes, y del mismo modo, que podemos estudiar en la actualidad.