El tiempo geológico y la escala de tiempo geológico Joseline Tapia
1
1
Departamento de Ingeniería de Minas Universidad de Antofagasta Primavera 2015
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
1 / 48
Resumen de la presentación
1
Introducción El tiempo geológico El tiempo geológico relativo y absoluto ¾Cómo medimos el tiempo geológico absoluto?
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
2 / 48
El tiempo geológico La edad de las rocas
Pocas discusiones en geología pueden ocurrir sin referencia al tiempo geológico. Los geólogos interpretan la historia terrestre como una serie de eventos que se han registrado en los diferentes materiales que componen la Tierra.
El tiempo se mide por los cambios. Las rocas son la evidencia de las transformaciones que han ocurrido en la Tierra, y son las que se encuentran encargadas de registrar el tiempo geológico.
La interpretación que se pueda obtener de las rocas como dedignos registros de la historia de la Tierra, se basan en el principio del uniformitarianismo, el que establece que las leyes de la naturaleza no cambian con el tiempo.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
3 / 48
El tiempo geológico
Principio del UNIFORMITARIANISMO
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
4 / 48
El tiempo geológico James Hutton
En el año 1770, en Edimburgo, James Hutton cambió radicalmente el concepto del tiempo geológico, ya que a diferencia de lo que se pensaba en su época, postulaba que los procesos geológicos eran sucesos muy lentos. Hutton observó en las líneas de costa de Escocia que cada formación rocosa era el producto de la erosión de otras rocas más antiguas. Una de sus frases más connotadas fue No hay evidencias de un
principio, ni prospecto de un nal.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
5 / 48
El tiempo geológico
Discordancia angular, punto Siccar, Escocia (conocida como discontinuidad de Hutton) El tiempo geológico es continuo, a pesar de ello en cada secuencia de rocas se observan discontinuidades importantes (discordancias), las que revelan interrupciones signi cativas de los procesos formadores de rocas. Algunas de estas interrupciones separan formaciones de rocas de edades muy distintas, además de ser litológica y estructuralmente muy diferentes. Entre ambas formaciones existe una relación de contacto discordante, conocida como
discordancia angular.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
6 / 48
El tiempo geológico Tipos de discontinuidades
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
7 / 48
El tiempo geológico Discordancia angular
La existencia de una discordancia
angular implica aceptar los siguientes eventos geológicos: I a) formación de rocas (estrati cadas) I b) plegamiento, metamor smo o
intrusión I c) solevantamiento y erosión, que
remueve la cobertura, hasta exponer en la super cie la roca plegada, metamór ca o intrusiva. I d) subsidencia (hundimiento) y
deposición de rocas sedimentarias (mas jóvenes) sobre la super cie erodada. I e) plegamiento, nuevo
solevantamiento y erosión.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
8 / 48
El tiempo geológico
Discordancia angular en el Cañón del Colorado
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
9 / 48
Resumen de la presentación
1
Introducción El tiempo geológico El tiempo geológico relativo y absoluto ¾Cómo medimos el tiempo geológico absoluto?
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
10 / 48
El tiempo geológico
Maneras de concebir el tiempo en Geología
Tiempo relativo: cuerpo de roca A es más antiguo que el cuerpo de roca B
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
11 / 48
El tiempo geológico
Maneras de concebir el tiempo en Geología
Tiempo relativo: cuerpo de roca A es más antiguo que el cuerpo de roca B Tiempo absoluto: cuerpo de roca A se formó hace n años (millones de años)
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
11 / 48
El tiempo geológico relativo De nición
Tiempo Relativo ("cronoestratigrá co") - subdivisiones de la geología del planeta Tierra en un orden especí co basado en relaciones de edades relativas de las rocas (comúnmente, la posición estratigrá ca vertical). Estas subdivisiones tienen nombres que pueden ser reconocidos globalmente, usualmente en la base de un fósil guía.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
12 / 48
El tiempo geológico relativo Estratos
Los principios más importantes que se aplican para determinar edades relativas son de marcada simplicidad y universalidad I a) principio de la
superposición (rocas mas
viejas en la base y rocas más jóvenes en el techo) I b) principio de relaciones de
corte o de
contacto entre dos cuerpos de roca (cualquier acontecimiento o estructura es más moderno que aquellos a los que afecta) I c) principio de la
inclusión (fragmentos de
rocas incluidos son más antiguos que la roca que los contiene)
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
13 / 48
El tiempo geológico relativo Estratos
Los principios más importantes que se aplican para determinar edades relativas son de marcada simplicidad y universalidad I d) principio de la
sucesión faunística
(los fósiles se han sucedido unos a otros en un orden determinado y, por lo tanto, un periodo geológico puede reconocerse por su contenido fósil, W. Smith) I e) principio de la
sucesión de
desarrollo del paisaje La edad relativa implica que no se deducen valores cuantitativos o absolutos de tiempo, sólo se deduce que un evento ocurrió más temprano o más tarde que otro.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
14 / 48
El tiempo geológico relativo Estratos
Las unidades de rocas se distinguen una de otras por cambios mayores en el tipo de: I roca I discordancias I cambios verticales abruptos en
su contenido faunístico La subdivisión original de la columna está basada en la secuencia de las formaciones rocosas en el orden de superposición en que fueron encontradas en Europa.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
15 / 48
El tiempo geológico relativo Estratos
En la escala relativa del tiempo geológico, el tiempo transcurrido se fracciona en intervalos cada vez menores. I Los intervalos mayores se denominan
eones (Criptozoico y Fanerozoico); I subdivisiones progresivamente
menores corresponden a las eras (ej.
Paleozoico, Mesozoico, Cenozoico), I los
periodos (e.g. Triásico,
Jurásico, Cretácico), I y las
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
épocas.
02 2015
16 / 48
El tiempo geológico relativo Relativo: Columna estratigrá ca
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
17 / 48
El tiempo geológico relativo Relativo: Fósil guía
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
18 / 48
El tiempo geológico relativo Escala de tiempo geológico
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
19 / 48
El tiempo geológico absoluto Arzobispo de Usher
Métodos históricos para medir la edad de la Tierra I Cronología Bíblica:
Arzobispo de
Usher (1581-1656), la Tierra fue creada el 22 de octubre del 4004 A.C. I Acumulación de estratos sedimentarios:
entre 10' y 100' Ma (v
=
s t ) Siglo XIX
I Contenido de sal en los océanos = 100
Ma Siglo XIX I Calculo del enfriamiento de la Tierra =
100 Ma Siglo XIX I Otros
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
20 / 48
El tiempo geológico absoluto De nición
Tiempo Absoluto ("cronométrico") - Designa una edad especí ca de tiempo en unidades cuanti cables, que usualmente son millones de años (Ma). Estas edades se obtienen comúnmente a través de dataciones
radiométricas en tipos de roca apropiados que se basan en la radioactividad natural de las rocas.
Métodos I Métodos radiométricos I Otros
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
21 / 48
El tiempo geológico absoluto Absoluto: Algunos métodos de datación
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
22 / 48
Resumen de la presentación
1
Introducción El tiempo geológico El tiempo geológico relativo y absoluto ¾Cómo medimos el tiempo geológico absoluto?
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
23 / 48
El tiempo geológico absoluto Isótopos
La edad absoluta de una amplia variedad de rocas, fósiles, y artefactos humanos se puede determinar a través de variados procedimientos de laboratorio. La decisión del método a utilizar va a depender de la composición del material y la edad aproximada que se cree que éste tiene. Se basan en el proceso de desintegración radioactiva que caracteriza a algunos isótopos inestables.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
24 / 48
El tiempo geológico absoluto Isótopos
Las propiedades de un determinado elemento están delimitadas por el número de protones en el núcleo de cada átomo, lo que resulta una característica distintiva para ese elemento. Sin embargo, el número de neutrones puede variar, esto trae como consecuencia que el átomo de un determinado elemento puede no ser exactamente igual. Posee las mismas propiedades del elemento pero su masa atómica es diferente => isótopo . Algunos isótopos son radioactivos, lo que produce un cambio en el número de protones, transformando al átomo en un elemento diferente, con distintas propiedades físico-químicas.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
25 / 48
El tiempo geológico absoluto Isótopos
La radioactividad es una reacción nuclear espontánea, caracterizada por la emisión de una radiación que cambia el número de protones y neutrones en el núcleo y el átomo se transforma en un elemento diferente, que puede ser estable. Las dataciones radiométricas se basan en el
decaimiento radioactivo de un isótopo inestable. Un elemento puede tener muchos isótopos diferentes, cada uno con diferente número de neutrones e igual número de protones, pero no todos son radioactivos.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
26 / 48
El tiempo geológico absoluto Isótopos
El átomo que se desintegra es el padre radioactivo ( isótopo padre ) y el producto es el hijo radiogénico ( isótopo hijo ). Cada isótopo se desintegra a una tasa determinada, que se conoce como constante de desintegración. Esta constante no es afectada por procesos físicos y químicos conocidos (se ha intentado modi carla, pero sin éxito).
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
27 / 48
El tiempo geológico absoluto Isótopos
El tiempo necesario para la desintegración de la mitad de los átomos padres se conoce como vida media . En una vida media la mitad de los átomos originales decae.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
28 / 48
El tiempo geológico absoluto Isótopos
El tiempo de formación de un cristal, que contiene un elemento radioactivo, se puede calcular a partir de la velocidad con que el elemento en particular decae. En una reacción de decaimiento simple, la cantidad de isótopo padre se puede comparar con la cantidad del isótopo hijo. Muchos isótopos decaen rápidamente, perdiendo su radioactividad en sólo algunos días o años, pero otros decaen muy lentamente y pueden usarse como relojes geológicos.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
29 / 48
El tiempo geológico absoluto Absoluto:
14
C
Por ejemplo, la técnica de
14 C es a menudo el método que eligen los cientí cos
para datar artefactos orgánicos como madera, turba, huesos, y dientes que tengan menos de 40.000 años. El
14 C es un isótopo que existe en la atmósfera de la Tierra
en concentraciones relativamente constantes con respecto a otros isótopos de C.
Cuando los tejidos de los compuestos orgánicos mueren, el
14 C comienza a decaer
14 C tiene una vida media de 5,730 años, lo que signi ca que cada lentamente. El 12 C. Luego 5,730 años cerca del 50 % de este isótopo decae a su isótopo hijo, el
de otros 5,730 años sólo permanece el 25 % del
14 C original, y así sucesivamente.
14 C su ciente como para medirlo Luego de 40.000 años no queda el
adecuadamente, por lo tanto, datar algún material orgánico de más edad requiere el uso de uno o más de los métodos existentes y apropiados.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
30 / 48
El tiempo geológico absoluto Absoluto:
14
CDecaimiento radioactivo
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
31 / 48
El tiempo geológico absoluto Absoluto: Absoluto:
14
Las dataciones con
C
14 C serían poco apropiadas para datar rocas intrusivas, ya que
las edades de este tipo de rocas son mayores que las que puede datar este isótopo, además el
14 C no es un componente esencial de este tipo de rocas.
Sin embargo, las rocas intrusivas tipo granito pueden contener trazas de elementos como U, Rb, o K, y usar uno o más de estos isótopos sería más apropiado y entregaría mejores resultados.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
32 / 48
El tiempo geológico absoluto
Absoluto: Técnicas de datación (escala logarítmica)
ISÓTOPOS RADIOACTIVOS COMÚNMENTE USADOS EN DATACIONES ABSOLUTAS
328 U
206 Pb
4.5 billones
235 U
207 Pb
704 millones
232 Th
208 Pb
14.0 billones
87 Rb
87 Sr
48.8 billones
40 K
40 Ar
1.25 billones
14 C
12 C
5,730 años
3H
3 He
12.3 años
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
33 / 48
El tiempo geológico absoluto Algunas ecuaciones fundamentales
dP = −λ · P (t ) dt P (t ) = P0 · e −λt F = F0 + Fr Fr = P (e −λt − 1) Donde:
λ=
constante de desintegración
P = isótopo padre medido Fr = isótopo radiogénico hijo medido F0 y P0 = padre e hijo en tiempo 0
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
34 / 48
El tiempo geológico absoluto
Absoluto: Técnicas de datación (escala logarítmica)
Algunas de las técnicas para determinar edades absolutas de rocas se muestran en este grá co (de un artículo y grá co de National Geographic Magazine, Septiembre, 2001).
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
35 / 48
El tiempo geológico absoluto Absoluto: Decaimiento radioactivo
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
36 / 48
Resumen de la presentación
2
Escala de tiempo geológico Breve reseña Tipos Estado actual de la escala de tiempo geológico
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
37 / 48
Escala de tiempo geológico Reseña
Revisiones a la escala de tiempo relativo se han llevado a cabo desde los 1700s.
Desde los años 30 (siglo pasado) la escala geológica de tiempo se ha ido re nando continuamente, sin embargo, la magnitud de los cambios con cada revisión se ha vuelto más pequeña.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
38 / 48
El tiempo geológico Reseña
Adicionalmente, como cualquier buena cuanti cación cientí ca, cada límite datado tiene una incerteza asociada a él, expresada como
± X millones de años.
Estos errores o incertezas no pueden ser incluidas en el diagrama por motivos prácticos, pero puede encontrarse en algunos textos, junto con una descripción detallada de la historia de escalas de tiempo propuestas previamente y la terminología, metodología y los datos asociados en la construcción de esta escala de tiempo geológico.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
39 / 48
El tiempo geológico Reseña: límite K/T
Debido al re namiento continuo, ninguno de los valores señalados en este diagrama puede considerarse como de nitivo, a pesar que algunos no han cambiado signi cativamente en un largo periodo de tiempo y están muy bien constreñidos. E.g., el límite Cretácico/Terciario (K/T) se ha establecido en 65
±1 Ma
por décadas, y se ha testeado innumerables veces, con todas las edades alrededor del mundo entre 64 y 66 Ma.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
40 / 48
El tiempo geológico
Límite K/T en la costa del País Vasco; Límite K/T en la sección de Woodside Creek, Nueva Zelanda
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
41 / 48
Resumen de la presentación
2
Escala de tiempo geológico Breve reseña Tipos Estado actual de la escala de tiempo geológico
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
42 / 48
Escala de tiempo geológico Tipos: Estándar
Usando los principios de las edades relativas, se determinaron secuencias cronológicas de rocas de diferentes regiones del mundo. Luego las secuencias de las diferentes partes del mundo se han correlacionado entre ellas, básicamente usando el principio del contenido faunístico, hasta establecer una escala geológica estándar, que sirve como calendario para la historia de la Tierra. Inicialmente se reconocieron las columnas en Europa, donde están bien expuestas, y después se han correlacionado con otras de todo el mundo.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
43 / 48
Escala de tiempo geológico Magnética
Escala de tiempo magnética, basada en las sucesivas inversiones del campo magnético.
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
44 / 48
Escala de tiempo geológico
Tipos: Escala de tiempo geológico, escala del 2012
Burdigalian Aquitanian Oligocene
Chattian Rupelian Priabonian
Eocene
Bartonian Lutetian Ypresian Thanetian
Paleocene
Selandian Maastrichtian Campanian
Upper
Cretaceous
Phanerozoic
Danian
Santonian Coniacian Turonian Cenomanian Albian Aptian
Lower
Barremian Hauterivian Valanginian
Mesozoic Jurassic
Berriasian Tithonian Upper
Kimmeridgian Oxfordian Callovian
Middle
Bathonian Bajocian Aalenian Toarcian
Lower
Pliensbachian Sinemurian Hettangian Rhaetian
Triassic
Upper
Norian Carnian
Middle Lower
Ladinian Anisian Olenekian
Induan
15.97 20.44
28.1 33.9 37.8 ±0.5 41.2 ±0.5 47.8 ±0.2 56.0 59.2 61.6
113.0 ±0.4
Middle
Moscovian
Lower
Bashkirian
Middle
Visean
Lower
Tournaisian
Middle
Wenlock
Upper
Middle Lower
Furongian
170.3 ±1.4
Aeronian
Katian Darriwilian Dapingian Floian Tremadocian Jiangshanian
Drumian Stage 5
Terreneuvian
237.0±1.0 241.5 ±1.0
Sheinwoodian
Guzhangian Series 3
Series 2
~ 209.5 ~ 228.4
Gorstian Homerian
Paibian
174.1 ±1.0
201.3 ±0.2
Ludfordian
Stage 10
168.3 ±1.3
199.3 ±0.3
Pragian
Sandbian
166.1 ±1.2
190.8 ±1.0
Eifelian
Hirnantian
163.5 ±1.1
182.7 ±0.7
Givetian
Rhuddanian
133.9 ±0.6
157.3±1.0
Frasnian
Telychian
130.8 ±0.5
152.1 ±0.9
Famennian
Emsian Lower
Llandovery
126.3 ±0.4
145.0 ±0.8
Gzhelian Kasimovian
Upper Serpukhovian
Ludlow
86.3 ±0.5
139.4 ±0.7
Sakmarian Asselian
Upper
Pridoli
83.6 ±0.2
100.5 ±0.4
Roadian Artinskian
Lochkovian
72.1 ±0.2
93.9 ±0.2
Wordian Kungurian
Cisuralian
Upper
66.0 ±0.05
89.8 ±0.3
Wuchiapingian
Stage 4 Stage 3 Stage 2 Fortunian
Eonothem Eon
Eonothem Eon Erathem Era System Period
7.246 11.63 13.82
23.03
Changhsingian
Age 252.2 ±0.5 254.2 ±0.3
265.1 ±0.4 268.8 ±0.5 272.3 ±0.5 279.3 ±0.6 290.1 ±0.2 295.5 ±0.4 298.9 ±0.2 303.7 ±0.1 307.0 ±0.2 315.2 ±0.2 323.2 ±0.4 330.9 ±0.3 346.7 ±0.4
Erathem/Era System/Period
Neoproterozoic
259.8 ±0.4
Precambrian Archean Proterozoic
Langhian
5.333
Guadalupian
Pennsylvanian
Tortonian Serravallian
1.806 2.588 3.600
Paleo zoic Carboniferous Permian
Messinian
Miocene
Stage/Age
Capitanian
0.781
Mississippian
Cenozoic Neogene
Zanclean
0.126
Phanerozoic
Gelasian Piacenzian
Series/Epoch
Lopingian
0.0118
Devonian
Upper “Ionian” Calabrian
Age
Silurian
Holocene
Pleistocene
Pliocene
Paleogene
Stage/Age
Ordovician
Series/Epoch
Cambrian
Quaternary
Eonothem Eon Erathem Era System Period
PHANEROZOIC and PRECAMBRIAN CHRONOSTRATIGRAPHY
Mesoproterozoic
Ediacaran Cryogenian Tonian Stenian Ectasian Calymmian Statherian
Paleoproterozoic
Orosirian Rhyacian Siderian
387.7 ±0.8
407.6 ±2.6 410.8 ±2.8 419.2 ±3.2 423.0 ±2.3 425.6 ±0.9 427.4 ±0.5 430.5 ±0.7 433.4 ±0.8 438.5 ±1.1 440.8 ±1.2 443.8 ±1.5 445.2 ±1.4 453.0 ±0.7 458.4 ±0.9 467.3 ±1.1 470.0 ±1.4 477.7 ±1.4 485.4 ±1.9 ~ 489.5 ~ 494 ~ 497 ~ 500.5 ~ 504.5 ~ 509 ~ 514 ~ 521 ~ 529 541.0 ±1.0
635 850 1000 1200
Escala de tiempo basada en las edades
1400 1600 1800 2050 2300 2500
radiométricas de las rocas.
2800
Mesoarchean 3200
Paleoarchean 3600
Eoarchean
382.7 ±1.6
393.3 ±1.2
541
Neoarchean
358.9 ±0.4 372.2 ±1.6
Age Ma
Hadean (informal)
4000 ~4560
Units of the international chronostratigraphic scale with estimated numerical ages from the GTS2012 age model. Colors are according to the Commission for the Geological Map of the World. Subdivisions of the Phanerozoic are formally defined by a Global boundary Stratotype Section and Point (GSSP) at each lower boundary. Thick yellow lines between stages on this diagram denote GSSPs approved by the International Commission on Stratigraphy (ICS) and ratified by the International Union of Geological Sciences (IUGS). Precambrian units are formally defined by absolute age (Global Standard Stratigraphic Age — GSSA), with the exception of the Ediacaran System defined by a basal GSSP. Numerical ages assigned to unit boundaries are subject to revision upon formal decision or revision of GSSPs and when enhanced radio-isotopic and cyclostratigraphy studies enable improvements to the age models. Stratigraphic information and details on international and regional geologic units can be found on the websites of the ICS (www.stratigraphy.org) and the Geologic TimeScale Foundation (https://engineering.purdue.edu/stratigraphy).
This chart was drafted by Gabi Ogg.
247.1±0.2 250.0±0.5
Copyright © 2012 Geologic Time Scale Foundation
252.2 ±0.5
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
45 / 48
Resumen de la presentación
2
Escala de tiempo geológico Breve reseña Tipos Estado actual de la escala de tiempo geológico
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
46 / 48
El tiempo geológico
Escala de tiempo geológico, escala del 2015
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
47 / 48
Bibliografía sugerida I
Edward Tarbuck 2005. Ciencias de la Tierra, Prentice Hall Colección:
ª
1
Edición, 796 pp. ISBN13:9788420544007
Edward Keller 1999. Environmental Geology, 8va edición, University of California, Santa Barbara Smithsonian National Museum of Natural History. http://paleobiology.si.edu/geotime/main/ MacRae, Andrew. 1996. Universidad de Calgary. http://www.geo.ucalgary.ca/~macrae/timescale/timescale.html
[email protected] (UA)
El tiempo geológico
02 2015
48 / 48