Orce, dataciones cronométricas

Las mediciones por ERS en el esmalte de diente han sido utilizadas para determinar la edad de  yacimientos arqueológicos con un rango de antigüedad de decenas de miles de años Por Henry Schwarcz: profesor de Geocronología en la McMaster University de Hamilton, Ontario (Canadá). Ha sido uno de los pioneros en la aplicación de técnicas de datación como el electro-spin-resanancia  (ESR) y ha realizado investigaciones en los yacimientos más importantes del mundo, datando algunos de los más conocidos, como Sterkfontein en Sudáfrica, Verteszollos en Hungría o El castillo en España.

El trabajo de datación en los niveles arqueológicos y paleontológicos de Orce requiere el esfuerzo enérgico de científicos interesados en métodos de datación cronométrica. Determinaciones paleomagnéticas previas (Oms y otros, 2000) han mostrado que los niveles de Barranco León y de Fuente Nueva-3 son más antiguos que la inversión paleomagnética Matuyama/Bruhnes hace 780.000 años. Además de las medidas paleomagnéticas (que no producen edades cronométricas per se), el único método de datación normalmente aplicable a este rango de tiempo es el del potasio-argón, o más específicamente 39K/40Ar que se realiza sobre minerales volcánicos. Como no existen tobas volcánicas en los niveles de la secuencia sedimentaria de Orce, este método no se puede usar aquí. Por tanto es necesario introducir otras nuevas metodologías para calibrar la edad de estos depósitos.

Dos métodos se han desarrollado recientemente para realizar dataciones en edades de este rango, están basados en la misma metodología de análisis: Electro-espín-resonancia (ESR) espectrometría. Esta técnica nos conduce a detectar cargas eléctricas (electrones o posiblemente Aholes cargados) han sido atrapadas en cristales como resultado de su bombardeo por la radioactividad débil del propio sedimento. Dos materiales son accesibles en Orce para dataciones por ESR: El esmalte de los dientes de los grandes mamíferos y el sedimento de cuarzo que ha sido blanqueado por la luz solar.

Datación
La datación por ESR en el esmalte de diente ha sido usada para determinar la edad de yacimientos arqueológicos con un rango de antigüedad desde decenas de miles de años (por ejemplo El Castillo en España: Rink y otros, 1996) hasta más de 2 millones de años (por ejemplo Sterkfontein en Sudáfrica: Schwarcz y otros, 1994). Para realizar la datación por este método son necesarias muestras de diente de grandes mamíferos como rinocerontes, hipopótamos, búfalos o caballos. Se pueden remover partes del esmalte de los lados de estos dientes sin dañar las coronas (así pueden todavía volver a ser usados nuevamente por los paleontólogos). El esmalte se reduce y parte de él es artificialmente irradiado con una cantidad conocida de rayos gamma. Entonces se compara la intensidad de las señales de ESR en las muestras naturales e irradiadas para calibrar cuanta irradiación natural recibió la muestra durante su historia desde el enterramiento, la llamada dosis acumulada. Se debe determinar también la dosis radioactiva que es emitida tanto por el mismo diente como por el sedimento del que fue extraída. La edad de la muestra/s se obtiene por la relación entre la dosis acumulada y la dosis estimada. En la mayoría de los casos se ha de tener en cuenta el hecho de que parte de la dosis estimada del diente es debida a átomos de uranio que fueron absorbidos gradualmente del suelo por el diente mientras fue enterrado. La precisión de estos datos es próxima a un diez por ciento de la edad, pero esto es suficiente para avanzar en nuestro conocimiento sobre la antigüedad de los yacimientos de Orce.

El segundo método es más nuevo y ha sido menos ampliamente probado. Está basado en el hecho  de que podemos observar señales de ESR en cristales de cuarzo producidas por Aholes atrapados cerca de átomos de aluminio. Los átomos de aluminio han sido atrapados en el óxido de silicio de la estructura del cuarzo. La arena está formada fundamentalmente por granos de cuarzo, que posee estas trampas de aluminio. Cuando la arena es expuesta a la insolación, la mayoría de los agujeros electrónicos son liberados por la energía de esta radiación solar. Después la arena es enterrada en la oscuridad de un nivel de arenisca, nuevos agujeros son adquiridos debido al bombardeo por átomos radiactivos en el nivel de arena. Estos niveles de arenas están bien representada en los depósitos de Orce.  Laurent y colaboradores (1998) mostraron que el crecimiento de la señal de ESR en los átomos de aluminio podrían ser usados para determinar el tiempo transcurrido desde que la arena fue enterrada.

Limitaciones
Muchos de estos métodos de datación están limitados en cualquiera de sus aplicabilidades porque el número total de trampas es pequeño y entonces la señal se satura rápidamente o porque las trampas son muy inestables, y por tanto los agujeros o los electrones escapan en poco tiempo. Afortunadamente, las señales de las trampas de aluminio persisten por un tiempo muy largo en el cuarzo y la señal toma un largo tiempo hasta alcanzar un nivel saturado. Esto nos permite usar este método para datar depósitos de millones de años de antigüedad. Debido a que el blanqueo producido por la radiación solar no remueve completamente las cargas atrapadas preexistentes, debemos experimentar también el blanqueo de las muestras en orden a corregir para este componente imblanqueable de la señal de ESR.
La precisión de este método se estima también sobre el diez por ciento. El método de analisis es similar a aquel descrito por el esmalte de diente. Hay un problema añadido, debemos ser muy cuidadosos al colectar muestras en completa oscuridad que no estén expuestas a la radiación solar antes de ser llevadas al laboratorio. Haremos esto removiendo bloques de material sedimentario que sea suficientemente grande para que sus interiores estén blindados contra la luz. Cuando las muestras son llevadas a una habitación oscura en el laboratorio, las partes de fuera son descartadas.

Este método se está aplicando a todos los niveles de arenisca (o sedimento arenoso) en Orce: Éstos niveles son muy comunes en FN3, BL y existen también algunos cerca de los depósitos de Venta Micena cuya edad es también considerada más antigua que la inversión Matuyama/Bruhnes. Entonces, seremos capaces de realizar una correlación entre los niveles de estos depósitos diferentes y de otros niveles expuestos en los barrancos alrededor de Orce que no han sido estudiados todavía.
Estos estudios se están llevando a cabo en los laboratorios de los Profesores H. Schwarcz y W.J. Rink de la Escuela de Geografía y Geolgía de la McMaster University de Ontario (Canadá). Este laboratorio está bien equipado con dos espectrómetros de ESR. 
Hay también un reactor nuclear situado en el campus que se usa para analizar elementos radioactivos en las muestras, y también el flujo gama de cobalto-60 usado para irradiación.

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