Paleoclimatología y espeleología

Figura 2. El estudio de anillos en los tallos de plantas ayuda
 a identificar periodos secos o lluviosos. Tomada de:
 http://mdifiore92.wordpress.com/tag/paleoclimatology/

¿Qué es la paleoclimatología?

La paleoclimatología es una disciplina científica que estudia cómo y en qué medida ha cambiado el clima en la Tierra a través del tiempo geológico. Su objetivo es encontrar las razones por las cuales el clima varía e identificar factores que ayuden a predecir cómo cambiara en un futuro y de qué manera puede afectar la vida en la Tierra.

¿Cómo se relaciona la paleoclimatología con la espeleología?

Una de las principales herramientas para realizar estudios del clima en el pasado es la presencia de espeleotemas en las cavernas. Esto, porque son estructuras muy sensibles a los cambios climáticos, es decir,  su velocidad y forma de crecimiento está altamente influenciada por los elementos del clima (ej, temperatura, presión, humedad, precipitación) y evidencian de manera física y química los cambios de tales elementos.

Figura 1. Corte longitudinal de una estalagmita mostrando
mostrando diferentes etapas de crecimiento. La estalactita
de la derecha es iluminada por luz ultravioleta. Credito:
Paul Williams. Tomada de:http://www.windows2universe.
org/earth/climate/CDcourses_investigate_climate.html

El principal factor que afecta el crecimiento de los espeleotemas (para los estudios generalmente se analizan muestras de estalactitas y estalagmitas) es la cantidad de agua drenada a la cueva. Una evidencia visible de este hecho, es que cuando el espeleotema detiene su crecimiento su superficie adquiere un color oscuro y apariencia erodada. Así podemos inferir que poco crecimiento (grosor y longitud)  de los espeleotemas se debe, entre otros factores, a periodos de sequía, poca precipitación o altas temperaturas que evitaron la circulación de agua en la cueva.

A pesar que la apariencia del espeleotema es una herramienta significativa, sus observaciones tienden a ser muy subjetivas y no ofrecen información muy clara ni confiable; además reflejan cambios en un tiempo relativo, es decir, no indican un tiempo exacto de ocurrencia. Para obtener  mejores resultados  en los estudios paleoclimáticos, se hace un análisis químico adicional de las muestras enfocándose en la presencia de isotopos y elementos radiactivos.

Los isotopos son elementos que poseen el mismo número atómico, es decir, el mismo número de protones en el núcleo  pero diferente número másico (diferente número de neutrones). Por ejemplo, el hidrogeno posee tres isotopos: deuterio, tritio e hidrogeno; todos poseen un protón pero el deuterio posee un neutrón, el tritio dos  y el hidrogeno, ninguno.

En la paleoclimatología se relaciona la presencia del isotopo ¹⁸O está bastante relacionada con el ciclo hidrológico y los cambios de temperatura del aire. Por ejemplo, la relación lineal entre la proporción de  deuterio y  ¹⁸O indica la medida media de precipitación anual. Además la presencia de ¹⁸O también indica los niveles de humedad en la cueva al momento de la formación de espeleotemas.

Otro isotopo importante para el estudio de climas pasados  es el ¹³C que provee información acerca del tipo y densidad de vegetación, cantidad de carbono inorgánico presente en el suelo  o roca, producción de CO₂ por fotosíntesis y desgasificación de CO₂ por precipitación del carbonato.

Figura 3. Gráfica demostrativa del numero de vidas medias de
un elemento y su proporción a lo largo del tiempo. Tomada de:
http://www.kgs.ku.edu/Extension/geotopics/earth_age.html

Para identificar la  relación de eventos climáticos en el tiempo geológico  se hace uso de la presencia de elementos radiactivos, cuya desintegración en periodos de tiempo definidos provee información de  la edad de un espeleotema (o cualquier formación mineral-rocosa). El principal elemento usado en la datación absoluta de espeleotemas es el uranio, presente en los estratos donde se forma la cueva y que se disuelve para luego formar parte del carbonato precipitado. El ²³⁴U con una vida media de 247.000 años, pasa a una forma más estable,  ²³⁰Th. Esto significa que en un lapso de 247.000 años la mitad del uranio se ha convertido en torio. Así, se mide la proporción de uranio y torio en el espeleotema para designarle una edad aproximada.

Referencias

Chang, R. (2010). Química. McGraw Hill: Mexico D.F.

Österlin, C. (2010). Stable carbon isotopes in speleothems from temperate areas. Institutionen för naturgeografi och kvartägeologi: Estocolmo

http://autocww.colorado.edu/~flc/E64ContentFiles/EarthSciences/paleoclimatology.htm

http://earthobservatory.nasa.gov/Features/Paleoclimatology_Speleothems/

http://php.scripts.psu.edu/dept/liberalarts/sites/kennett/index.php?id=spwork

¿Qué es un mineral?¿Por qué decimos que la calcita es un mineral?

Figura 1. Algunos ejemplos de minerales y mineraloides.
 Tomada de: http://www.pac.com.ve/index.php?option=com_content&view=
article&id=10759:itipos-de-minerales-en-venezuela&catid=64:industria&Itemid=87

Durante este tiempo hemos estado hablando de rocas carbonatadas constituidas (en su mayoría) por el mineral calcita pero no nos hemos detenido a mirar qué es un mineral ni cuales son las propiedades de la calcita. Resulta que las rocas son agregados de minerales y/o mineraloides de diferentes especies (por ejemplo cuarzo, olivino, ortoclasa...) donde cada componente conserva su identidad pero actúa en conjunto como una unidad.

Para decir que una sustancia es un mineral debemos verificar que cumpla con las siguientes características:

*Debe ocurrir de forma natural es decir, en su formación no interviene el ser humano.

*Presentarse en estado solido.

*Ser inorgánica 

*Poseer una composición química definida, de manera que puedan identificarse a partir de su formula molecular. Este hecho también implica que sus propiedades físicas y químicas sean mas o menos fijas. A partir de la composición podemos clasificar los minerales como silicatos, carbonatos, óxidos, hidróxidos, haluros, entre otros.

*Poseer un ordenamiento espacial atómico, es decir, una estructura cristalina. Los mineraloides no tienen una estructura atómica organizada por lo que se presentan como sustancias amorfas.

Figura 2. Redes de Bravais. Tomada de:
http://users.aber.ac.uk/ruw/teach/334/bravais.php

El factor mas determinante de un mineral es su estructura atómica, determinada por las propiedades de los elementos que la conforman y el tipo de enlace que formen.  Podemos definir siete sistemas cristalinos que cumplen con constantes cristalográficas de acuerdo a la longitud de sus ejes y la medida de los ángulos que estos forman. Estos son:

• Cúbico
• Tetragonal
• Trigonal
• Hexagonal 
• Ortorrómbico
• Monoclínico 
• Triclínico

A partir de los sistemas cristalinos se definen 14 ordenaciones posibles o celdas, conocidas como Redes de Bravais. Así determinamos estructuras con partículas centradas en el cuerpo, cara o base. Si no están presentes hablamos de una celda primitiva.

Cabe anotar que todo mineral es una sustancia cristalina, mas no todos las sustancias cristalinas son minerales, por ejemplo el azúcar, que a pesar de presentar una estructura cristalina en estado solido, es orgánica y no se considera un mineral.  Ademas no siempre va a ocurrir que todos los elementos hagan parte de la estructura sino solo los que formen los principales enlaces.

Figura 3. Organizacion atomica interna de la calcita. Tomada
de:http://www.metafysica.nl/turing/preparation_3dim_4.html

Hemos hablado de que la calcita es un mineral, para identificarla como tal suponemos que debe cumplir con los cinco criterios de clasificación mineral. En primer lugar sabemos que ocurre de manera natural, generalmente por precipitación. Es una sustancia inorgánica pues, a pesar de provenir (en su mayoría) de seres vivos y contener carbono no posee los enlaces C-H característicos de compuestos orgánicos. Tiene una composición química definida representada en la formula CaCO3. Por ultimo, y no menos importante, sabemos que en estado solido posee una organización atómica que pertenece al sistema hexagonal rombohedrico (Ver figura 3)

Referencias
Tarbuck, E., Lutgens, F. (2010). Ciencias de la Tierra. Pearson Educacion: Madrid

http://igs.indiana.edu/ReferenceDocs/Calcite_card.pdf

http://www.geosci.ipfw.edu/PhysSys/Unit_3/minerals.html

http://www.materials.ac.uk/elearning/matter/crystallography/3dcrystallography/bravais.html