La datación por exposición superficial es un conjunto de técnicas geocronológicas para estimar el tiempo que una roca ha estado expuesta en la superficie de la Tierra o cerca de ella. La datación por exposición superficial se utiliza para datar avances y retrocesos glaciares , historia de erosión, flujos de lava, impactos de meteoritos, deslizamientos de rocas, escarpes de fallas , desarrollo de cuevas y otros eventos geológicos. Es más útil para rocas que han estado expuestas entre 10 3 y 10 6 años. [1]
La más común de estas técnicas de datación es la datación por radionúclidos cosmogénicos . [2] La Tierra es bombardeada constantemente con rayos cósmicos primarios , partículas cargadas de alta energía, principalmente protones y partículas alfa . Estas partículas interactúan con los átomos en los gases atmosféricos, produciendo una cascada de partículas secundarias que a su vez pueden interactuar y reducir sus energías en muchas reacciones a medida que pasan a través de la atmósfera. Esta cascada incluye una pequeña fracción de hadrones, incluidos los neutrones. Cuando una de estas partículas golpea un átomo, puede desalojar uno o más protones y/o neutrones de ese átomo, produciendo un elemento diferente o un isótopo diferente del elemento original. En la roca y otros materiales de densidad similar, la mayor parte del flujo de rayos cósmicos se absorbe dentro del primer metro de material expuesto en reacciones que producen nuevos isótopos llamados nucleidos cosmogénicos . En la superficie de la Tierra, la mayoría de estos nucleidos se producen por espalación de neutrones . Utilizando ciertos radionucleidos cosmogénicos , los científicos pueden datar cuánto tiempo ha estado expuesta una superficie particular, cuánto tiempo ha estado enterrada una determinada pieza de material o con qué rapidez se está erosionando una ubicación o cuenca de drenaje . [3] El principio básico es que estos radionucleidos se producen a una velocidad conocida y también se desintegran a una velocidad conocida. [4] En consecuencia, midiendo la concentración de estos nucleidos cosmogénicos en una muestra de roca y teniendo en cuenta el flujo de rayos cósmicos y la vida media del nucleido, es posible estimar cuánto tiempo ha estado expuesta la muestra a los rayos cósmicos. El flujo acumulativo de rayos cósmicos en una ubicación particular puede verse afectado por varios factores, entre ellos la elevación, la latitud geomagnética, la intensidad variable del campo magnético de la Tierra , los vientos solares y el blindaje atmosférico debido a las variaciones de la presión del aire. Las tasas de producción de nucleidos deben estimarse para datar una muestra de roca. Estas tasas se suelen estimar empíricamente comparando la concentración de nucleidos producidos en muestras cuyas edades se han datado por otros medios, como la datación por radiocarbono , la termoluminiscencia o la luminiscencia estimulada ópticamente .
El exceso relativo a la abundancia natural de nucleidos cosmogénicos en una muestra de roca se mide generalmente por medio de espectrometría de masas con acelerador . Los nucleidos cosmogénicos como estos se producen por cadenas de reacciones de espalación. La tasa de producción de un nucleido en particular es una función de la latitud geomagnética, la cantidad de cielo que se puede ver desde el punto que se muestrea, la elevación, la profundidad de la muestra y la densidad del material en el que está incrustada la muestra. Las tasas de desintegración se dan por las constantes de desintegración de los nucleidos. Estas ecuaciones se pueden combinar para dar la concentración total de radionucleidos cosmogénicos en una muestra en función de la edad. Los dos nucleidos cosmogénicos medidos con más frecuencia son el berilio-10 y el aluminio-26 . Estos nucleidos son particularmente útiles para los geólogos porque se producen cuando los rayos cósmicos golpean el oxígeno-16 y el silicio-28 , respectivamente. Los isótopos parentales son los más abundantes de estos elementos y son comunes en el material de la corteza, mientras que los núcleos hijos radiactivos no se producen comúnmente por otros procesos. Como el oxígeno-16 también es común en la atmósfera, debe tenerse en cuenta la contribución a la concentración de berilio-10 del material depositado en lugar de creado in situ . [5] El 10 Be y el 26 Al se producen cuando una porción de un cristal de cuarzo (SiO 2 ) es bombardeada por un producto de espalación: el oxígeno del cuarzo se transforma en 10 Be y el silicio se transforma en 26 Al. Cada uno de estos nucleidos se produce a una velocidad diferente. Ambos se pueden utilizar individualmente para fechar cuánto tiempo ha estado expuesto el material en la superficie. Debido a que hay dos radionucleidos en desintegración, la relación de concentraciones de estos dos nucleidos se puede utilizar sin ningún otro conocimiento para determinar la edad a la que la muestra fue enterrada más allá de la profundidad de producción (normalmente 2-10 metros).
Los nucleidos de cloro-36 también se miden para datar rocas superficiales. Este isótopo puede producirse por espalación de calcio o potasio por rayos cósmicos . [6]
