La erupción de Pompeya mejora la precisión de la datación de eventos geológicos

Hace casi 2,000 años, Plinio el Joven documentó la erupción del Monte Vesubio, que sepultó a Pompeya y causó la muerte de su tío, Plinio el Mayor. Este relato no solo preservó la historia de uno de los desastres volcánicos más famosos, sino que también proporcionó información suficiente sobre la fecha de la erupción, convirtiéndose en un punto de referencia histórico inusual para la datación de erupciones volcánicas.

Un grupo de investigadores del Berkeley Geochronology Center, de la Universidad de California y de la Universidad de Padua en Italia, publicó un estudio en Science Advances en el que se detalla cómo este hito histórico ayudó a mejorar significativamente la precisión de la técnica de datación argón-argón. Al calibrar este método con la fecha inferida de la erupción, que se produjo el 24 de agosto del 79 d.C., lograron fortalecer una de las herramientas más útiles para determinar la edad de rocas y eventos volcánicos.

Esta mejora podría permitir a geólogos, paleontólogos y arqueólogos asignar fechas más confiables a eventos del pasado de la Tierra, incluyendo erupciones de volcanes que aún representan riesgos para regiones densamente pobladas, como Ciudad de México, Nápoles y Yogyakarta en Indonesia. La calibración mejorada también podría ayudar a verificar otras técnicas de datación, como la datación por carbono-14 de materiales orgánicos y la datación uranio-plomo de rocas que se formaron hace miles de millones de años.

Una mejor precisión para la historia volcánica

El líder del estudio, Paul Renne, profesor de ciencia de la Tierra y planetaria en Berkeley, afirmó: "Si se quiere armar la historia eruptiva de un volcán en tiempos relativamente recientes, la precisión y la exactitud son realmente importantes". El estudio demostró que se puede alcanzar ese tipo de precisión y exactitud en el ámbito histórico.

La precisión se refiere a cuán cerca está una medición del valor correcto, mientras que la exactitud refleja cuán consistentemente se puede reproducir esa medición. Para probar el método recalibrado, los investigadores analizaron ocho muestras de sanidina, un mineral volcánico que contiene potasio, extraído del Vesubio.

Las mediciones de argón-argón situaron la erupción 1,938 ± 13 años antes de que se analizaran los minerales en 2025. Según la evidencia histórica preservada en los escritos de Plinio el Joven, los minerales tenían en realidad 1,946 años. Esto corresponde a una precisión del 0.7% y una exactitud del 0.4%.

"Esto nos permite inferir de manera más precisa la causalidad entre eventos en el registro geológico, como por ejemplo, la estructura de un impacto de meteorito y una extinción masiva", dijo Renne.

Hace aproximadamente una década, Renne utilizó la datación argón-argón para establecer edades precisas para un impacto de meteorito, grandes erupciones volcánicas en India y la extinción de los dinosaurios. Estos tres eventos ocurrieron en un lapso de solo unas pocas decenas de miles de años hace aproximadamente 66 millones de años. Esas mediciones respaldaron la idea de que el impacto de un asteroide intensificó la actividad volcánica, creando un efecto combinado que contribuyó a la extinción de todos los dinosaurios no aviares.

La fecha de Plinio ayuda a refinar un reloj radiactivo

La estudiante de posgrado Caroline Hasler también examinó de cerca los registros históricos relacionados con la erupción del Vesubio. Su trabajo permitió al equipo validar la fecha del 24 de agosto atribuida a Plinio el Joven con un margen de error de dos meses.

Esta restricción histórica ayudó a los investigadores a mejorar su medición de la vida media que rige la descomposición del potasio-40 en argón-40, el proceso que subyace a la datación argón-argón. La nueva vida media es de 12.044 mil millones de años, con un margen de error de 0.088 mil millones, lo que la hace dos veces más precisa que el valor anterior derivado de la física nuclear.

Pumita de Oplontis proporciona mejores muestras

Renne y sus colegas ya habían utilizado sanidina de pumita producida durante la erupción del 79 d.C. para probar la datación argón-argón. Después de su análisis en 1997, predijeron que el trabajo futuro podría reducir la incertidumbre a menos del 1%.

Ahora han alcanzado ese objetivo con la ayuda de muestras de pumita mejoradas, un espectrómetro de masas más avanzado y métodos actualizados de irradiación de neutrones.

La datación argón-argón se basa en la descomposición radiactiva natural del potasio-40 en roca volcánica en argón-40. El argón-40 generalmente no está presente en los minerales antes de que ocurra una erupción. Los investigadores exponen las muestras de roca a neutrones, convirtiendo el isótopo no radiactivo potasio-39 en argón-39. Luego miden las cantidades relativas de argón-40 y argón-39. Una mayor proporción de argón-40 indica una muestra más antigua.

En 1998, el coautor Andrea Marzoli de la Universidad de Padua recolectó nueva pumita de Oplontis, otro asentamiento romano sepultado por la erupción. Estas muestras contenían más potasio que las utilizadas anteriormente y provenían de material liberado durante la parte más temprana de la erupción.

Por qué la pumita más temprana es importante

El magma debajo de estratovolcanes como el Vesubio puede separarse en capas. El hierro y el magnesio tienden a concentrarse cerca de la parte inferior de una cámara de magma, mientras que elementos más solubles como el potasio permanecen más cerca de la parte superior.

Debido a esta estructura, el magma rico en potasio generalmente es el primer material expulsado durante una erupción. Por lo tanto, se asienta cerca de la parte inferior de los depósitos resultantes de ceniza y pumita. Las muestras de Marzoli provienen de estos depósitos inferiores, lo que las hace particularmente valiosas para la datación argón-argón.

A pesar de su potencial, las muestras fueron almacenadas y permanecieron sin analizar durante décadas. Hace unos años, los estudiantes de posgrado Hasler, Anthony Fuentes y Andy Tholt, trabajando con el investigador postdoctoral Jack Carter en el laboratorio de Renne, propusieron regresar al material de Marzoli, que tenía casi 30 años, para ver si podría mejorar las mediciones de 1997.

Los investigadores ya habían publicado trabajos destinados a reconciliar la datación argón-argón con la datación uranio-plomo, los dos métodos más utilizados para determinar las edades de las rocas. Lograr una calibración más precisa de la datación argón-argón fue una parte importante de ese esfuerzo más amplio.

Renne afirmó: "Desarrollaron un esquema bayesiano, publicado en 2025, para intercalar estos dos geocronómetros más importantes que tenemos, que no han estado dando resultados consistentes a lo largo de los años". Las mediciones del Vesubio de 1997 se incluyeron en esa calibración anterior, pero sus incertidumbres eran lo suficientemente grandes como para que tuvieran relativamente poco impacto en el resultado final. Las nuevas mediciones refinadas del Vesubio tienen un peso mucho mayor.

Renne agregó: "Fue realmente una combinación de mejores muestras, ventajas instrumentales y un esfuerzo más concertado. Todas esas cosas se juntaron". Acredita al coautor Bill Cassata con un papel importante en el desarrollo de la estrategia analítica y el análisis de datos.

Reexaminando la fecha de la erupción del Vesubio

Antes de que el equipo pudiera usar la erupción como un punto de referencia confiable, Hasler necesitó abordar un desacuerdo de larga data sobre la fecha exacta de la erupción del Vesubio.

Algunos historiadores han propuesto que la erupción ocurrió más tarde en el otoño del 79 d.C. Su argumento se basa en parte en una moneda recuperada de Pompeya que creen que solo pudo haber sido producida en septiembre.

Hasler comparó esa moneda con otras monedas romanas de la misma época y concluyó que probablemente fue acuñada antes de septiembre. Sin embargo, los investigadores permitieron un margen de incertidumbre de dos meses alrededor de la fecha de la erupción. Esa incertidumbre tuvo poco efecto en la calibración de la técnica de datación en sí, pero fue importante al determinar la vida media del potasio-40.

Conectando los diferentes métodos de datación de la Tierra

Renne afirmó que la mejor precisión y exactitud de la datación argón-argón también debería hacerla especialmente útil para calibrar la datación por radiocarbono. La datación por radiocarbono es la técnica dominante para establecer las edades de materiales orgánicos, como la madera, cuando son más jóvenes que aproximadamente 55,000 años.

"Esperamos unificar tantos métodos de datación geológica como sea posible utilizando las mismas matemáticas, el mismo enfoque bayesiano y simplemente incorporando más datos, más observaciones crudas en esa mezcla", dijo. "Pero la datación argón-argón siempre será un estándar; será un calibrador importante en ese sentido".

Además de mejorar la calibración del método de datación argón/argón, Renne afirmó que los hallazgos establecen un nuevo punto de referencia sobre cuán precisamente puede determinar la técnica las edades de erupciones volcánicas relativamente recientes. Los resultados muestran que la datación argón-argón ahora puede alcanzar una precisión de décadas para eventos que ocurrieron dentro de la historia registrada.

El trabajo fue financiado por la National Science Foundation (2102788, 2030393), la Ann and Gordon Getty Foundation y el Berkeley Geochronology Center.

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