Arxiu d'etiquetes: carboni 14

Els humans ho hem tornat a fer: l’Antropocè, una nova fita (vergonyosa) de la humanitat

Els llibres de ciència hauran de modificar-se de nou. A les ja conegudes èpoques geològiques del càmbric, juràssic o pleistocè caldrà afegir-ne, des d’ara, una altra més: l’Antropocè. A finals d’agost d’aquest any es va confirmar el que ja es temia: els humans hem intervingut tant en els processos terrestres que hem arribat a canviar fins i tot el propi cicle natural del planeta. Les conseqüències ja les estem patint, i l’empremta humana quedarà present en el nostre planeta fins després de la nostra desaparició.

INTRODUCCIÓ

La història de l’home actual, l’Homo sapiens sapiens, no va ser senzilla en els seus inicis. Es creu que vam aparèixer en el Paleolític mitjà, fa uns 200.000 anys, a l’Àfrica. En aquells temps l’ésser humà ja era un bon caçador, però també era una bona presa, i encara que l’espècie era pròspera i s’expandia pel planeta, ho feia a marxes forçades i sempre a remolc de canvis climàtics severs. Va trigar 100.000 anys a sortir d’Àfrica i 80.000 fins a arribar a Amèrica. Durant tot aquest temps i fins pràcticament els nostres dies, l’ésser humà estava a mercè de la Terra i els seus capricis, la qual decidia al seu antull el destí dels nostres avantpassats. No obstant això, les glaciacions van acabar, l’Holocè va començar i, amb això, un avanç tecnològic sense precedents. La revolució industrial va transformar definitivament a l’ésser humà i la seva forma d’interactuar amb el món, i aquest va sofrir les devastadores conseqüències d’una espècie ambiciosa i inconscient de la seva enorme influència global.

mamut
L’ésser humà ha estat, la major part de la seva existència, una espècie nòmada, amb una forta dependència de les condicions ambientals que condicionaven les seves preses. Amb l’agricultura i la ramaderia es formen els primers pobles, que conduiran a l’estil modern d’avui en dia. Font: Return of Kings.

¿QUÈ ÉS UNA ÈPOCA GEOLÒGICA Y COM S’ENTRA O ES SURT D’ELLA?

En un primer moment pot semblar una simple qüestió sintàctica, o un caprici de geòlegs. No obstant això, designar una època geològica és important a l’hora de delimitar grans períodes de temps que han gaudit de condicions ambientals similars. Per regla general, una època geològica sol durar no menys de 2 milions d’anys, i s’usa el registre fòssil per buscar discontinuïtats en el patró típic de la biota de l’època. Per tant, una època geològica sol acabar-se amb un canvi brusc en el clima (el Plistocè acaba amb l’última de les grans glaciacions) que comporta, de retruc, canvis en la biota (el meteorit que va extingir els dinosaures no avians va acabar amb el període Cretaci). No obstant això, aquests canvis bruscs s’han de donar de forma global i en un curt espai de temps perquè realment pugui considerar-se que s’ha canviat d’època geològica.

geological-time-scale
La Terra es divideix en períodes que, al seu torn, es divideixen en èpoques geològiques. Aquestes estan marcades per períodes de temps relativament estables i / o amb una biota característica. Solen acabar-se per esdeveniments que comporten canvis dràstics per als éssers vius a escala planetària. Font: philipmarshall.net.

L’ANTROPOCÈ

El terme no és nou (va començar a utilitzar-se a mitjans del segle XIX, en plena revolució industrial) però va recobrar importància a principis de l’any 2000, de la mà de Paul Crutzen. Aquest químic, juntament amb altres col·legues, va descobrir els compostos que estaven acabant amb la capa d’ozó, el que li va permetre guanyar el Premi Nobel de Química. En el seu discurs, va tenir especial interès en recalcar que l’Holocè “havia acabat per sempre” per donar pas a l’Antropocè, l’època dels humans. El seu article a Nature sobre l’Antropocè va sentar càtedra, i des de llavors multitud de científics han fet servir sense cap tipus d’inconvenient aquest terme per referir-se a l’època en què vivim. El 29 d’agost de 2016, la comissió d’experts de l’Antropocè va votar, al Congrés Geològic Internacional (IGC, per les seves sigles en anglès) per formalment establir l’Antropocè com a nova època geològica.

Grinding Shop
La revolució industrial va canviar el curs de la Terra per sempre. Ingents quantitats de combustibles fòssils van ser cremats i els seus productes emesos a l’atmosfera. El sistema productiu va donar un gir, prioritzant la producció i, amb això, a fer un ús sense precedents dels recursos del planeta. A la foto, treballadors britànics en una fàbrica de productes agraris al 1928. Font: Daily mail.

PERÒ, PER QUÈ ESTEM A L’ANTROPOCÈ?

Com comentàvem abans, per canviar d’època s’ha d’evidenciar un canvi en les condicions ambientals a escala global. I això és el que està passant des de la dècada dels anys 50 del segle passat, data en què oficialment s’ha marcat l’inici del Antropocè. En aquest article de Science, investigadors de tot el món van recopilar proves geològiques que demostraven amb total certesa que l’ésser humà ha canviat tant el planeta que ja s’ha de parlar d’una altra època geològica. Els investigadors també van assenyalar als productes de les nombroses proves atòmiques dels anys 50 com el punt de partida de l’Antropocè.

mushroom-cloud-of-first-hydrogen-bomb-test
Les proves nuclears dels anys 50, com aquesta en la qual es va testar la primera bomba d’hidrogen (Ivy Mike) va provocar l’emissió de grans quantitats de materials radioactius a l’atmosfera. Aquestes partícules van anar assentant-se i això ha permès als investigadors disposar de proves per demostrar l’impacte de les accions humanes a escala global. Font: CBC.

EVIDÈNCIES DE L’ANTROPOCÈ

Des de l’inici de la revolució industrial, fa més de dos segles, nombrosos dipòsits antropogènics han anat sedimentant en l’escorça terrestre, des de nous minerals i roques fins alumini, ciment i derivats del petroli com els plàstics. Just després d’aquestes línies, les principals evidències esgrimides pels investigadors per justificar el canvi d’època:

Els alts nivells d’hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs), bifenils policlorats (PCB), plàstics, fertilitzants i plaguicides en sediments. La combustió de petroli, carbó i altres productes derivats de la fusta són l’origen de grans quantitats de PAHs en l’atmosfera, que acaben assentant-se en l’escorça terrestre i als éssers vius. Pel que fa als fertilitzants, nutrients tan poc abundants al sòl com són el nitrogen i el fòsfor s’han duplicat en l’últim segle degut al creixent nombre de correus, molts dels quals intensius, per tal de maximitzar la producció. D’altra banda, els plàstics ja són presents a tot el món. La seva alta resistència a la degradació impedeix el seu reciclatge natural, el que provoca que grans quantitats passin als sediments i, sobretot, al mar, on forma autèntiques illes de plàstic, com la coneguda Gran Illa de Plàstic del Pacífic.

plastics
El plàstic és el producte derivat del petroli més estès a la Terra. El seu impacte sobre el medi ambient és un dels més greus en l’actualitat, i la seva sedimentació a escala global deixarà restes de la nostra presència fins a milers d’anys després de la nostra desaparició. Font: The Guardian.

Els elements radiactius de les proves nuclears. A la detonació de la bomba atòmica de la Trinitat el 1945 a Nou Mèxic (EUA), la va seguir, en plena Guerra Freda, una gran llista d’altres proves nuclears. Com a resultat, grans quantitats de carboni-14 i plutoni-239, entre d’altres molècules, van ser llançades a l’atmosfera i sedimentades anys després en moltes parts del planeta, constituint una prova inqüestionable del gran impacte humà sobre la Terra.

sediment
Aquest core, extret pels geòlegs que han determinat que estem en una nova època, mostra l’acumulació de material d’origen humà en els sediments d’un llac de Groenlàndia. En ell es van trobar pesticides, nitrogen radioactiu, metalls pesants, increments de la concentració de gasos d’efecte hivernacle i plàstics. Font: Science.

Les altes concentracions de CO2 i CH4 a l’atmosfera. A partir de 1850 i sobretot en les dècades següents, els nivells d’aquests gasos a l’atmosfera van trencar amb el patró típic de l’Holocè, arribant-se a aconseguir, en el nostre segle, les 400 ppm (parts per milió) de CO2, un augment de més de 150 punts respecte a la situació preindustrial. Aquest augment de CO2 atmosfèric té un impacte directe sobre la temperatura de la Terra. Es creu que la temperatura global s’ha incrementat al voltant d’1ºC des de l’any 1900, i que augmentarà entre 1,5 i 3,5 ° C per a l’any 2100.

aumento-co2
En aquest gràfic es mostra l’augment sense precedents del CO2, el metà i l’òxid de nitrogen a l’atmosfera. Si bé és cert que el més conegut i el que té més impacte a gran escala és el CO2, els altres dos gasos tenen un major poder de limitació de la dissipació del calor cap a l’espai. L’augment d’aquests gasos està estretament relacionat amb l’augment de la temperatura mundial. Font: CSIRO.

L’augment de la ràtio d’extinció d’éssers vius en totes les parts del món com a conseqüència de les activitats humanes. Des de l’any 1500 l’extinció d’espècies per part dels éssers humans ha augmentat, però és a partir del segle XIX en endavant quan les extincions es fan presents en la totalitat del planeta. La distribució de les espècies s’ha vist alterada a causa d’activitats humanes com l’agricultura o la desforestació i per la introducció d’espècies invasores, que provoquen canvis en els costums de les espècies autòctones i solen arribar a desplaçar-les o fins i tot extingir-les. Aquest elevat ràtio d’extinció sense precedents és considerat per molts com un símbol inequívoc de que estem davant de la sisena extinció massiva de la Terra.

ratio-extincion
Des de l’inici de la revolució industrial, el ritme d’extinció dels vertebrats és 100 vegades més gran que en el passat. A aquest ritme, s’estima que pels següents segles el nombre d’espècies que s’extingiran arribarà al 75% de les existents. La línia negra puntejada d’aquest gràfic mostra el ritme d’extinció pre-industrialització, mentre que les altres fan referència al percentatge acumulat d’espècies extintes des de l’any 1500. Font: Science.

FUTUR

Sigui quin suigui el destí de la humanitat i de les accions futures dutes a terme per pal·liar el canvi climàtic, el que està clar és que l’empremta humana quedarà indeleble en la superfície terrestre durant milions d’anys, de manera semblant a la que van deixar les extincions en massa del Pèrmic o del Cretaci. Els estrats mostraran les insensateses i els excessos duts a terme per nosaltres, potser com advertència per a la següent espècie que s’atreveixi a rellevar a la humanitat de la seva condició com a espècie dominant.

Coneixent els fòssils i la seva edat

A All You Need Is Biology sovint fem referència als fòssils per explicar el passat dels éssers vius. Però què és exactament un fòssil i com es forma? Per a què serveixen els fòssils? T’has preguntat mai com ho fa la ciència per saber l’edat d’un fòssil? Segueix llegint per descobrir-ho!

QUÈ ÉS UN FÒSSIL?

Si penses en un fòssil, segurament el primer que et ve al cap és un os de dinosaure o una petxina petrificada que et vas trobar al bosc, però un fòssil és molt més. Els fòssils són restes (completes o parcials) d’éssers vius que van viure en el passat (milers, milions d’anys) o rastres de la seva activitat que queden conservats (generalment en roques sedimentàries). Així doncs, existeixen diferents tipus de fòssils:

  • Petrificats i permineralitzats: són els que corresponen a la definició clàssica de fòssil en què les parts orgàniques o buides són substituïdes per minerals (veure apartat següent). La seva formació pot deixar motlles interns o externs (per exemple, de petxines) en el qual el material original pot desaparèixer. La fusta fossilitzada d’aquesta manera es coneix com a  xilòpal.

    cangrejo herradura, fósil, cosmocaixa, mireia querol rovira
    Fòssil petrificat de cranc ferradura i les seves petjades, CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira
  • Icnofòssils: restes de l’activitat d’un ésser viu que queden registrades en la roca i donen informació sobre el comportament de les espècies. Poden ser modificacions de l’entorn (nius i altres construccions), empremtes (icnites), deposicions (copròlits excrements-, ous…) i altres marques com esgarrapades, mossegades…
    Cosmocaixa, huevos, dinosaurio, nido, mireia querol rovira
    Ous de dinosaure (niu). CosmoCaixa. foto: Mireia Querol Rovira

    coprolitos, cosmocaixa, excrementos fósiles, mireia querol rovira
    Copròlits, CosmoCaixa. foto: Mireia Querol Rovira
  • Ambre: resina fòssil de més de 20 milions d’antiguitat. Abans passa per un estat intermedi que s’anomena copal (menys de 20 milions d’anys). La resina, abans de passar a ambre, pot atrapar insectes, aràcnids, pol·len… en aquest cas es consideraria un doble fòssil.

    Pieza de ámbar a la lupa con insectos en su interior. CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira
    Peça d’ambre a la lupa amb insectes al seu interior, CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol Rovira
  • Fòssils químics: són els combustibles fòssils, com el petroli i el carbó, que es van formar per l’acumulació de matèria orgànica a altes pressions i temperatures juntament amb l’acció de bacteris anaerobis (que no utilitzen oxigen per al seu metabolisme).
  • Subfòssil: quan el procés de fossilització no s’ha completat (per haver passat poc temps, o les condicions perquè es donés la fossilització no van ser propícies) les restes es coneixen com subfòssils. No tenen més de 11.000 anys d’antiguitat. És el cas dels nostres avantpassats més recents (Edat dels Metalls).
Ötzi, un subfòssil. És la mòmia natural més antiga d’Europa. Va viure durant el Calcolític (Edat de Coure) i va morir fa 5.300 anys. Foto: Wikimedia Commons
    • Fòssil vivent: nom que es dóna a éssers vius actuals molt semblants a organismes ja extingits. El cas més famós és el del celacant, que es creia extingit des de feia 65 milions d’anys fins que va ser redescobert el 1938, però hi ha altres exemples com els nàutils.

      ammonites, nautilus, cosmocaixa, fósil, mireia querol rovira
      Comparació entre la closca d’un nautilus actual (esquerra) i un ammonit de milions d’anys d’antiguitat (dreta). CosmoCaixa. Foto :Mireia Querol Rovira
    • Pseudofòssils: són formacions a les roques que semblen restes d’éssers vius, però en realitat s’han format per processos geològics. El cas més conegut són les dendrites de pirolusita, que semblen vegetals.

      Infiltraciones de priolusita en piedra calcárea. CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol
      Infiltracions de priolusita en lloses calcàries, CosmoCaixa. Foto: Mireia Querol

Lògicament els fòssils es van fer més comuns a partir de l’aparició de parts dures (petxines, dents, ossos…), fa 543 milions d’anys (Explosió del Cambrià). El registre fòssil anterior a aquest període és molt escàs. Els fòssils més antics que es coneixen són els estromatòlits, roques formades per la precipitació de carbonat càlcic a causa de l’activitat de bacteris fotosintètics que encara existeixen en l’actualitat.

La ciència que estudia els fòssils és la Paleontologia .

stromatolite, estromatòli, estromatolito, mireia querol rovira, fossil, fósil
Estromatòlit de 2.800 milions d’anys d’antiguitat, Australian Museum. Foto: Mireia Querol Rovira

COM ES FORMA UN FÒSSIL?

La fossilització es pot donar de cinc maneres diferents:

    • Petrificació: és la substitució de la matèria orgànica per substàncies minerals de les restes d’un ésser viu enterrat. S’obté una còpia exacta de l’organisme en pedra. El primer pas de la petrificació és la permineralització: els porus de l’organisme estan farcits de mineral però el teixit orgànic està inalterat. És la fossilització més comú que pateixen els ossos.
    • Gelificació: l’organisme queda incrustat en el gel i no pateix gairebé transformacions.
    • Compressió: l’organisme mort queda sobre una capa tova del sòl, com el fang, i queda cobert per capes de sediments.
    • Inclusió : els organismes queden atrapats en ambre o petroli.
    • Impressió: els organismes deixen impressions en el fang i es conserva la marca fins que el fang s’endureix.
Processos de fossilització i fòssils resultants. Autor desconegut

UTILITAT DELS FÒSSILS

  • Els fòssils ens donen informació de com eren els éssers vius en el passat, resultant una evidència de la evolució biològica i una ajuda per establir els llinatges dels éssers vius actuals.
  • Permeten analitzar fenòmens cíclics com canvis climàtics, dinàmiques atmosfera-oceà i fins i tot les pertorbacions orbitals dels planetes.
  • Els que són exclusius d’una determinada època permeten datar amb força exactitud les roques en què es troben (fòssils guia).
  • Donen informació de processos geològics com el moviment dels continents, presència d’antics oceans, cadenes muntanyoses…
  • Els fòssils químics són la nostra principal font d’energia actual.
  • Donen informació sobre el clima del passat, per exemple, estudiant els anells de creixement dels troncs fòssils o les deposicions de matèria orgànica en les varves glacials.

    mireia querol rovira, tronco fósil, xilópalo, AMNH
    Troncs fòssils on s’observen anells de creixement. American Museum of Natural History. Foto: Mireia Querol Rovira

DATACIÓ DELS FÒSSILS

Per conèixer l’edat dels fòssils existeixen mètodes indirectes (datació relativa) i directes (datació absoluta). Com que no hi ha cap mètode perfecte i la precisió disminueix amb l’antiguitat, els jaciments se solen datar amb més d’una tècnica.

DATACIÓ RELATIVA

Els fòssils es daten segons el context en el qual han estat trobats, si estan associats a altres fòssils (fòssils guia) o objectes dels que es coneix l’edat i segons l’estrat en el qual es troben.

En geologia, els estrats són els diferents nivells de roques que s’ordenen segons la seva profunditat: segons la estratigrafia, els més antics són els que es troben a major profunditat, mentre que els més moderns són els més superficials, ja que els sediments no han tingut tant de temps per dipositar-se al substrat. Lògicament si hi ha moviments de terres i alteracions geològiques la datació seria incorrecta si només existís aquest mètode.

Esquema de las eras geológicas y estratso con sus correspondientes fósiles. Fuente
Esquema de les eres geològiques i estrats amb els seus corresponents fòssils. Font

DATACIÓ ABSOLUTA

És més precisa i es basa en les característiques físiques de la matèria.

DATACIÓ RADIOMÈTRICA

Es basa en la velocitat de desintegració d’isòtops radioactius presents en roques i fòssils. Els isòtops són àtoms del mateix element però amb diferent quantitat de neutrons en el seu nucli . Els isòtops radioactius són inestables, pel que es transformen en altres més estables a una velocitat coneguda pels científics emetent radiació. Comparant la quantitat d’isòtops inestables amb els estables en una mostra, la ciència pot estimar el temps que ha transcorregut des que es va formar el fòssil o roca.

carbono 14
Esquema del cicle del Carboni 14. Font
  • Radiocarboni (Carboni-14): en organismes vius, la relació entre el C12 i el C14 és constant, però quan moren, aquesta relació canvia ja que el C14 deixa de incorporar-se al cos i el que queda es descomposa radioactivament en un període de semidesintegració de 5730 anys. Coneixent la diferència entre el C12 i C14 de la mostra, podrem datar quan va morir l’organisme. El límit màxim de datació per aquest mètode són 60.000 anys, per tant només s’aplica a fòssils recents.
  • Beril·li 10-Alumini 26: té la mateixa aplicació que el C14, però té un període de semidesintegració molt més gran, de manera que permet datacions de 10 milions d’anys, i fins i tot de fins a 15 milions d’anys.
  • Potassi-Argó (40K/40Ar): s’utilitza per datar roques i cendres d’origen volcànic de més de 10.000 anys. És el mètode que es va utilitzar per datar les petjades de Laetoli , el primer rastre de bipedisme del nostre llinatge deixat per Australopithecus afarensis.
  • Sèries de l’Urani (Urani-Tori): s’utilitzen diverses tècniques mitjançant els isòtops de l’urani. S’utilitzen en materials de carbonat de calci, (com coralls) i dipòsits minerals en coves (espeleotemes ).
  • Calci 41: permet datar restes òssies en un interval de temps entre 50.000 i 1.000.000 d’anys.

DATACIÓ PER PALEOMAGNETISME

El pol nord magnètic ha anat canviant al llarg de la història de la Terra, i es coneixen les coordenades geogràfiques en diferents èpoques geològiques.

Alguns minerals tenen propietats magnètiques i es dirigeixen cap al pol nord magnètic quan estan en suspensió aquosa, per exemple en les argiles. Però si es dipositen a terra, queden fixats cap a la posició que tenia el pol nord magnètic en aquell moment. Si observem cap a quines coordenades estan orientats aquests minerals al jaciment, el podem associar amb una època determinada.

Deposición de partículas magnéticas orientadas hacia el polo norte magnético. Fuente: Understanding Earth, Press and Seiver, W.H. Freeman and Co.
Deposició de partícules magnètiques orientades cap al pol nord magnètic. Font: Understanding Earth, Press and Seiver, W.H. Freeman and Co.

Aquesta datació s’utilitza en restes dipositades sobre fons argilosos i com el pol nord magnètic ha estat diverses vegades en les mateixes coordenades geogràfiques, s’obté més d’una data de datació. Segons el context del jaciment, es podran descartar algunes d’aquestes dates fins arribar a una definitiva.

DATACIÓ PER TERMOLUMINISCÈNCIA I LUMINISCÈNCIA ÒPTICA SIMULADA

Certs minerals (quars, feldspat, calcita…) acumulen modificacions en la seva estructura cristal·lina degudes a la desintegració radioactiva de l’entorn. Aquestes modificacions són acumulatives, contínues i dependents del temps d’exposició a la radiació. Quan se sotmet al mineral a estímuls externs, emet llum a causa d’aquestes modificacions. Aquesta luminiscència és molt feble i diferent segons se li apliqui calor (TL), llum visible (OSL) o infrarojos (IRSL).

Termoluminiscencia de la fluorita. Foto: Mauswiesel
Termoluminiscència de la fluorita. Foto: Mauswiesel

Només es poden datar mostres que hagin estat protegides de la llum solar o del calor a més de 500 ºC, ja que llavors es reinicia “el rellotge” en alliberar l’energia de manera natural.

RESSONÀNCIA PARAMAGNÈTICA ELECTRÒNICA (ESR)

La ESR (electro spin ressonance) consisteix a sotmetre la mostra a radiació i mesurar l’energia absorbida per la mostra en funció de la quantitat de radiació a la qual ha estat sotmesa durant la seva història. És un mètode complex del que pots obtenir més informació aquí.

REFERÈNCIES

mireia querol rovira