Volumen 8 - N45 - MARZO/ABRIL 1998

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Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la
Asociación Ciencia Hoy

ARTICULO

Los climas del cuaternario: Causas y concecuencias

Eduardo Tonni - Alberto Cione - Ricardo Pasquali

Cómo se determinan las paleotemperaturas?

La mayoría de los elementos químicos aparecen en la naturaleza en más de una forma isotópica. Por ejemplo, el oxígeno tiene tres isótopos estables, 16O,17O y18O, donde el supraíndice indica la suma de los protones (ocho) y neutrones presentes. Si bien los isótopos estables se presentan en proporciones esencialmente uniformes, características de cada elemento, en muchos casos, la relación entre ellos tiene pequeñas desviaciones. La no uniformidad en la relación entre isótopos es un resultado de muchos procesos naturales, entre los que se cuenta la temperatura a la cual ocurre dicho proceso. Los isótopos reaccionan químicamente del mismo modo pero, debido a que los átomos tienen diferentes pesos atómicos y son de distintos tamaños, lo hacen con velocidades disímiles.

La dependencia de este fraccionamiento isatópico con la temperatura posibilita obtener información acerca de las condiciones de temperatura en las cuales ocurrió un determinado proceso natural. Por ejemplo, el conocimiento del fraccionamiento isotópico del oxigeno (o relación entre el isótopo de oxígeno de masa atómica 18 respecto del de masa atómica 16) en ciertos minerales o elementos fósiles, brinda información acerca de la temperatura a la cual se formó dicho material. Debido a esta propiedad, las relaciones isotópicas del oxígeno se utilizan como termómetro para establecer paleotemperaturas.

Típicamente, las variaciones en las concentraciones son muy pequeñas, y se requiere de espectrómetros de masa muy sensibles para determinarlas. Las diferencias en la composición isotópica se especifican en términos de la variación (en partes por mil) de la relación entre los isótopos estables en cuestión, respecto de la variación en una muestra patrón,

 

donde R está asociado a la relación particular del elemento de interés, por ejemplo [18O]/[16O], en el caso del oxígeno(d18O) o [13C]/[12C], en el caso del carbono (d13C). En el caso del termómetro isotópico que nos preocupa, un incremento de la temperatura conduce a una disminución de la relación [18O]/[16O], expresada según muestra la figura I. La precisión alcanzada por los espectrómetros de masa actuales permite medir variaciones en el fraccionamiento isotópico causadas por diferencias de temperatura inferiores a 1C.

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Un interesante ejemplo del uso del fraccionamiento isotópico es el estudio del comportamiento de los isótopos del carbono durante la fotosíntesis, como medio para evaluar la dieta de los puebIos prehistóricos. Melvin Calvin recibió el Premio Nobel de Química de 1961 por sus estudios de los caminos químicos seguidos por el carbono durante la fotosíntesis. Investigaciones posteriores indicaron que diferentes vegetales siguen distintos caminos, lo que a su vez influye en la relación  [13C]/[12C]. Los isótopos del carbono se fraccionan fuertemente en el proceso de fotosíntesis, cuando las plantas metabolizan el dióxido de carbono. Existen tres tipos distintos de fotosíntesis, denominados C3, C4 y CAM, este último de menor importancia en esta discusión.
El origen de esta nomenclatura se refiere a la primera etapa de la fotosíntesis, donde el dióxido de carbono se convierte en un compuesto fosfoglicerado con tres átomos de carbono, en el primer caso, y a un compuesto con cuatro átomos de carbono, en el segundo caso. Los vegetales con fotosíntesis C4 tienen un valor medio de d13C próximo a -12.5o/oo, mientras que el promedio de d13C en los vegetales C3 se acerca a -26.5o/oo. Entre los vegetales C4 se encuentran pastos de zonas tropicales, maíz, caña de azúcar, sorgo; los árboles y los pastos de regiones templadas son esencialmente vegetales C3. Una de las aplicaciones más notabIes de la utilización del fraccionamiento isotópico del carbono en el estudio de la historia de la dieta humana, se refiere a la introducción del cultivo del maíz en las zonas boscosas de los Estados Unidos.
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El arribo de este cultivo a una región dominada por vegetales C3 se refleja en la composición isotópica de los restos humanos allí encontrados. Mientras que restos humanos de alrededor de 2500-100 a.C. presentan una relación  d13C cercana a -21o/oo, (cultura pre-maiz), restos datados en 1000-1500 d.C. presentan valores que varían entre -16.5o/oo y -13.5o/oo, lo cual indica un incremento en el consumo de este grano, según muestra la figura II.

Los cambios de valores de d13C en el colágeno de los humanos revelan el cambio producido en los hábitos alimentarios, en este caso, de las tribus indígenas de las praderas del norte continente americano.

La dieta de poblaciones modernas también puede ser estudiada mediante mediciones de isótopos de carbono. De hecho, la pureza de ciertos alimentos se monitorea a través de su fraccionamiento isotópico. Por ejemplo, sería muy deseable que la miel pura y el jugo de naranjas, ambos derivados de vegetales C3, no presenten valores altos de d13C, que podrían provenir de adulteraciones con jarabe de maíz. Asimismo buenos vinos fuertes o brandy deben contener solamente productos de la uva, un vegetal C3, y no adulteraciones provenientes de la destilación de algún cereal para disminuir costos.

EL DILUVIO UNIVERSAL

Una de las tradiciones más enraizadas en la memoria humana es la del Diluvio Universal. Un recuerdo más o menos preciso de una notable inundación que destruyó muchas (o casi todas) las vidas humanas existe en culturas de todos los continentes.

En el siglo pasado, los fundadores de la paleontología, tales como el francés Louis Agassiz, no desconocían la existencia de una sucesión estratigráfica con fósiles muy distintos en diferentes capas superpuestas. Para explicarlo sin salir del contexto bíblico, propusieron que no había habido un solo diluvio (O catástrofe) sino que hubo varios, y que los estratos con fauna y flora diversas eran testimonios de la repetida actividad creadora de Dios.

Las tradiciones diluvianas en lugares muy alejados fueron consideradas significativas por las personas creyentes en la existencia de un Diluvio Universal. Desde el siglo pasado, en la Mesopotamia asiática se han buscado y hallado evidencias de grandes inundaciones, representadas por espesas capas de fango. Sin embargo, estas inundaciones fueron locales y no explican, razonablemente, las tradiciones mundiales mencionadas. Una investigadora norteamericana, Dorothy Vitaliano, propuso que todas esas tradiciones tienen su origen en un fenómeno muy frecuente: las inundaciones locales causadas por lluvias o aun por tsunamis (olas gigantescas originadas por terremotos o erupciones volcánicas). En el caso particular de la Mesopotamia, Eduard Suess consideró que las consecuencias de una inundación podrían haber sido catastróficas, si hubieran coincidido con un tifón. Asimismo, el relato sumerio de Ashurbanipal, que data de alrededor de 6500 años antes del presente, coincide con el momento en que el mundo se encontraba bajo la acción del óptimo climático que provocó el ascenso del nivel del mar y la costa del Golfo Pérsico se encontraba a la altura del Ur. En ese momento, toda inundación podría tener consecuencias más importantes que las producidas con la costa marina (y el nivel de base) a la altura actual y podría contribuir más efectivamente al origen de mitos del diluvio a través de todo el mundo.