La información científica que nos llega todos los días viene etiquetada la mayoría de las veces, y cada vez que es necesario, con información relacionada con el tiempo. Los dinosaurios desaparecieron hace 60 millones de años, la momia que se descubrió en una tumba Inca tiene unos 500 años, ciertas huellas de vida primitiva hallados en una roca tienen una edad de cuatro mil millones de años. Los números nos resultan razonables y lógicos, pero... ¿de dónde surgen? ¿Cómo saben los científicos si algo ocurrió hace 2 ó 20 millones de años? ¿Cómo pueden determinar que un lejano asteroide, que se ve borroso en todas las fotografías y del cual apenas sabemos algo, tiene una edad de 200 o 4.500 millones de años? ¿Cómo saben que una roca de granito, un estéril, pasivo e inmutable trozo de materia, es la más antigua que se ha hallado sobre nuestro planeta porque ostenta una edad de más de 4.000 millones de años? ¿Cómo saben hace cuánto tiempo nació el universo? ¿Cómo se puede determinar que una estrella a miles o millones de años luz es joven? ¿Cómo se sabe cuándo se formó un continente o una montaña?
      Se usa lo que se llama "relojes naturales", que funcionan en los mismos átomos de la materia que forma las cosas. Hay diversas técnicas, que dependen de la escala de tiempo a medir.

Entomología forense
Rango: unas horas a unos años
En qué se usa: determinación del tiempo que un cuerpo lleva muerto.

Cadáver momificado.

La criminología tiene una herramienta poderosa y segura: la entomología forense. La descomposición de un cuerpo posee un patrón específico. Muy poco después de la muerte llegan insectos de cierto tipo a alimentarse del cuerpo; después, una vez que el cadáver se descompone un poco, llega otro; cuando sólo van quedando pelos, hueso y cuero y todo se ha secado, otro más; y así sucesivamente.
      Examinando qué insectos se están alimentando de un cadáver y en qué etapa de su desarrollo se encuentran, se puede determinar a menudo el momento de la muerte.
      Por ejemplo, la medición de las primeras horas y días se basa en una clase de mosca. Atraída con precisión asombrosa por la carroña y la sangre, la moscarda común es casi siempre la primera en la escena de una muerte. Pone huevos rápidamente en las heridas y otras aberturas del cuerpo. Al nacer, los gusanos (larvas) comienzan a devorar la carne tan vorazmente que en un clima cálido pueden ayudar a reducir un cadáver a esqueleto en unos cuantos días. Las larvas pasan por tres etapas antes de convertirse en crisálidas y surgir como moscardas, y lo hacen a ritmos predecibles.
      Si se conocen las condiciones climatológicas que pueden acelerar o aminorar el desarrollo, se puede calcular con gran precisión la hora de la muerte. Aun después de que la carne ha sido devorada y los insectos han partido, lo que dejan tras ellos puede revelar la estación en que ocurrió la muerte.

El método del carbono 14
Rango: cero a 40.000 años, sólo en restos de seres vivos
En qué se usa: principalmente en Arqueología, o en Paleontología cuando se trata de definir la edad de restos de seres vivos de menos de 40.000 años de antigüedad.

Figuras de marfil del valle de Beersheba, Israel, talladas en colmillos de hipopótamo y elefante cuya antigüedad se pudo determinar con el carbono 14: Edad del cobre, hace 5.500 años.

Hemos oído infinidad de veces sobre el carbono 14. Quizás alguno de los que se encuentran leyendo esto crea que sirve para medir todo, incluso los fósiles convertidos en piedra y cristales. No es raro pensar así, ya que el carbono 14 se utiliza siempre en la determinación de cuerpos —y partes de ellos— que estuvieron vivos. La cantidad de carbono 14 que persiste en un material orgánico permite determinar antigüedades de hasta 40.000 años.
      ¿Qué es y de dónde sale el carbono 14? Los átomos de los elementos contienen partículas en su núcleo: protones y neutrones. La cantidad de protones (con carga positiva) es fija, y determina qué elemento es ése, pero la cantidad de neutrones (de carga neutra) de un núcleo atómico puede variar. El carbono normalmente tiene seis protones y seis neutrones (carbono 12), pero en algunos casos puede tener más neutrones: entonces se convierte en un isótopo. El carbono 14 es un isótopo que tiene ocho neutrones en lugar de seis. Esto lo hace radiactivo, y ser radiactivo significa que emite algo en forma de energía, y esta energía radiactiva proviene de algo que se llama desintegración. ¿Qué se desintegra? Las partículas excedentes en el núcleo.
      Los isótopos radiactivos se descomponen hasta volverse átomos estables (como lo es el carbono 12), y lo hacen con un ritmo fijo, predecible. De una cantidad determinada de carbono 14, digamos un kilogramo, la mitad se desintegrará en 5.730 años. Después de otros 5.730 años, quedará la cuarta parte. El carbono 14 se forma en la atmósfera cuando las partículas que llegan del espacio chocan con los átomos. Las plantas y animales absorben, mientras están vivos, dióxido de carbono del aire, que contiene grados constantes de carbono 12 y 14. Pero cuando mueren, el isótopo de carbono se descompone, convirtiéndose en nitrógeno 14 a un ritmo conocido. La cantidad de carbono 14 en ese material orgánico va disminuyendo de tal manera que se puede medir, miles de años después, cuánto carbono 12 existe y compararlo con la cantidad de carbono 14 que aún permanece. De la relación surge la edad de ese ser vivo, contada exactamente desde el momento de su muerte.
      Dado que en los sitios donde se excava buscando el pasado los objetos suelen estar ubicados en capas (estratos), es posible saber la antigüedad de toda la capa analizando por carbono 14 cualquier resto de esa capa que haya sido parte de un ser vivo, como huesos, conchas de moluscos, pelos, pieles y caparazones, dientes, semillas, cáscaras de frutos, madera, etc. De este modo es posible determinar —con sólo encontrar un objeto de origen biológico entre los restos— la antigüedad de sitios arqueológicos más recientes (menos de 40.000 años).
      Los fósiles de más de 40.000 años poseen tan poco carbono 14 residual que ya no es posible fecharlos, lo cual ha obligado a buscar otros métodos.

Luminiscencia estimulada ópticamente
Rango: cero a 500.000 años
En qué se usa: Arqueología y Paleontología, cuando hubo enterramientos y se encuentran los minerales adecuados.

Se puede saber cuánto tiempo ha pasado desde que un mineral —como por ejemplo el cuarzo que compone la arena— estuvo expuesto por última vez a la luz del sol. Los átomos radiactivos que rodean un fragmento de cuarzo sepultado que no recibe luz, así como los del interior, liberan partículas que pueden desalojar a los electrones de sus posiciones normales en su órbita alrededor del núcleo. En ocasiones los electrones liberados quedan atrapados en un defecto de la estructura cristalina del cuarzo. Esas trampas de cristal se llenan gradualmente con electrones, a un ritmo regular en el tiempo. Si se conoce ese ritmo y es posible hacer un conteo de los electrones atrapados, se puede calcular cuánto tiempo ha pasado desde que el cuarzo estuvo expuesto por última vez a la luz del día. Este método se conoce como luminiscencia estimulada ópticamente.
      Para contar los electrones se recogen muestras, que deben ser desenterradas tomando todas las precauciones necesarias para que no reciban ni un segundo de luz. Si el cuarzo queda expuesto un momento, la luz del sol comunica suficiente energía a los electrones atrapados como liberarlos y permitirles volver a su lugar original. En sólo unos segundos la luz del sol puede arruinar todo, liberando a los electrones atrapados en un grano de cuarzo y haciendo que el reloj vuelva a cero. Se trasladan al laboratorio los especímenes recogidos, y en un cuarto iluminado únicamente con luces rojas muy tenues se colocan los granos de cuarzo en una máquina que les dispara un haz de fotones, liberando los electrones atrapados. Cuando los electrones se instalan nuevamente en su órbita liberan un poco de energía en forma de luz. Midiendo esa luz, es posible saber cuántos electrones estaban atrapados y calcular la antigüedad de los especímenes.
      Este sistema es muy útil cuando se encuentran fósiles en estratos enterrados que contienen arena u otros minerales.

Termoluminiscencia
Rango: cero a 500 mil años
En qué se usa: cuando se encuentran junto a los especímenes minerales cristalinos que sufrieron calentamiento.

¿Qué antigüedad tiene la raza Humana (Homo sapiens)?: 100.000 años

Cuando un mineral como el pedernal u otro objeto cristalino se calienta hasta cierta temperatura, libera sus electrones desplazados en forma de luz y su "reloj" de radiación regresa a cero. Con una técnica llamada termoluminiscencia, los científicos recalientan el pedernal y miden la luz que emite para descubrir cuándo fue usado.

Estratigrafía terrestre
Rango: hasta unos 4.000 millones de años
En qué se usa: determinación de antigüedad de fósiles y otros especímenes hallados en capas relacionadas con otros estratos de edad conocida.

Representación gráfica de cómo se determinan las fechas en base a los estratos.

La determinación la edad de fósiles y rocas por diversos métodos en determinadas capas geológicas define las edades de estas capas. Dado que en la mayor parte del territorio del planeta estas capas permanecen en un orden estable, es posible definir la edad de capas que se hallan en medio (como en un sandwich), o más o menos adyacentes por encima o por debajo de capas ya reconocidas.
      Por ejemplo, hace unos 530 millones de años se produjo la explosión del Cámbrico. Muchos tipos de animales aparecieron de pronto donde antes había sobre todo animales simples, incluidos parientes de las medusas y las esponjas. ¿A partir de qué evolucionaron estas nuevas formas?
      El registro fósil nada dijo hasta 1998, cuando los científicos descubrieron restos de vida multicelular compleja en un antiguo lecho marino en China. Fosilizados en un ínfimo trozo de fosfato de calcio había unos embriones no mayores que un grano de arena. No fue posible fecharlos directamente, pero sí fijar su edad mediante dos herramientas basadas en la estratigrafía terrestre.

Pequeños embriones de China

      Primero, las formaciones rocosas de todo el mundo han revelado que la proporción de carbono 13 del agua marina varía con el tiempo y los científicos pueden fechar esa fluctuación mediante los circones. El patrón de los isótopos hallados en China concuerda con el de Namibia, lo que confina que la edad de los embriones es de entre 548 y 590 millones de años. Segundo, los embriones estaban cerca de una capa de fósiles de pertatataka, formas de plancton que desaparecieron en la época en que se formaron unas capas de ceniza en el mar Blanco, en Rusia, hace 555 millones de años, y estaban sobre unos depósitos glaciales cuya edad se calculó en 590 millones de años.
      Con estos datos, los científicos estiman que los embriones tienen entre 555 y 590 millones de años de edad.

Resonancia orbital de los electrones (ROE)
Rango: 1.000 años a un 1 millón de años
En qué se usa: Arqueología y Paleontología, en restos óseos de seres vivos o en materiales cristalinos adecuados.

La Tierra está sumergida en una radiación de bajo nivel de uranio, torio y potasio. Cuando la radiación golpea los átomos de un material cristalino como el esmalte dental, desplaza electrones que se pueden contar con un método llamado resonancia orbital de los electrones (ROE). Cuantos más electrones desplazados posee un objeto, más antiguo es.

Transformación de los aminoácidos
Rango: 500 años a 300.000 años
En qué se usa: principalmente en conchas y otros bicarbonatos de origen orgánico.

Los aminoácidos, que son los elementos básicos de las proteínas, pueden adoptar una forma ya sea levógira (si se los coloca en el camino de una luz la desvían hacia la izquierda) o dextrógira (desvían la luz hacia la derecha). Por razones aún desconocidas la naturaleza tiene preferencia de manera abrumadora por los aminoácidos levógiros; sin embargo, una vez que se ha formado un aminoácido, con el tiempo éste puede voltearse espontáneamente y convertirse en dextrógiro. El ritmo al que los aminoácidos se voltean no es tan regular como la desintegración radiactiva, porque depende de la temperatura: el calor acelera la reacción y el frío la aminora. Sin embargo esas variables se pueden ajustar, estimando los cambios climáticos del lugar del hallazgo a lo largo del tiempo.

Técnicas con isótopos de minerales
Rango: Uranio en plomo - 1 millón a 4.500 millones de años
            Rubidio en estroncio - 60 millones a 4.500 millones de años
            Potasio en argón - 10 mil años a 3.000 millones de años
En qué se usa: datación de rocas, estructuras geológicas, estratos. Edad de la Tierra y de meteoritos.

En la Europa del 1700, hablar de antigüedades de 50 ó 60 mil años para restos de seres vivos hubiese sido considerado algo absurdo. Se había estudiado la cronología de la Biblia para calcular cuánto tiempo había pasado desde los días del Edén, sumando la edad de Adán y sus descendientes. En la década de 1650 el arzobispo irlandés James Ussher propuso la fecha que sería la norma durante doscientos años: Dios creó la Tierra en el año 4004 antes de nuestra era, el 22 de octubre, para ser precisos.
      Los geólogos comenzaron a derrumbar esa idea de que la Tierra era joven recién a fines del siglo 18, cuando descubrieron que las rocas del planeta están organizadas en un sistema de capas o estratos. Las capas se formaron por fuerzas que todavía podemos ver en acción en la actualidad: la continua pulverización de las montañas y la suave lluvia de sedimento sobre el fondo de los ríos; pero esas fuerzas trabajan lentamente y, para que realmente hubiesen creado los paisajes que hoy vemos la Tierra tendría que tener miles de millones de años de antigüedad.
      Hubo que esperar hasta el siglo 20 para que los científicos fijaran con exactitud la edad de la Tierra. Poco después de que los físicos descubrieran la radiactividad y comprendieran que podían utilizarla para determinar la edad de las rocas, se dieron cuenta de que podían echar mano del mismo método para descubrir la edad del planeta mismo.
      Parte de los átomos radiactivos de la Tierra fue expulsada por el estallido de estrellas supernovas vecinas. Los átomos se reunieron en un disco primigenio que orbitaba en torno al joven sol y finalmente ayudaron a la creación del sistema solar, fusionándose para formar planetas, cometas y meteoroides.
      Debido a que han estado en la Tierra desde el principio, esos átomos radiactivos pueden decirnos qué edad tiene el planeta. Algunos de ellos son isótopos de uranio que se descomponen en plomo: el uranio 235 en plomo 207, con una vida media de 704 millones de años, y el uranio 238 en plomo 206, con una vida media de 4.470 millones de años.
      En la década de los 50, Clair Patterson, geoquímico estadounidense, comparó la cantidad de uranio y plomo en rocas de la Tierra y en meteoritos que habían chocado con ella. Todas sus muestras indicaron un origen común en los inicios del sistema solar. La edad de la Tierra, calculó, era de 4.550 millones de años.
      Mientras la Tierra se enfriaba y se formaba su corteza, se formaron las primeras rocas. Descubrir la antigüedad de las primeras rocas resulta ser más difícil que calcular la edad de la propia Tierra, pues una vez que una roca se forma, su uranio comienza a descomponerse lentamente en plomo, pero si el agua subterránea le agrega plomo o uranio (o se lo quita) los investigadores terminan calculando una fecha errónea.

Circones
Rango: Desde la creación de la Tierra hasta el presente
En qué se usa: rocas, estructuras geológicas, estratos, y para determinar la edad de la Tierra y de meteoritos.

Cristal de Circonio

La naturaleza creó el reloj de roca perfecto para los geólogos. Cuando el magma se enfría se forman pequeños cristales conocidos como circones, hechos de circonio, sílice y oxígeno. Lo más importante es que la retícula cristalina atrapa en su interior unos cuantos átomos de uranio. El circón así formado rechaza casi todos los contaminantes y puede sobrevivir durante miles de millones de años, durante los cuales el uranio atrapado se descompone en plomo a un ritmo constante.
      Los circones pueden sobrevivir aun después de que la roca en la que se formaron originalmente se erosiona por completo. Los geólogos descubrieron en Australia occidental un cristal de circonio de 4.400 millones de años de antigüedad atrapado en el interior de una roca que data de 3.100 millones de años.
      La muestra de roca más antigua que se ha encontrado es un trozo de gneis (parecido al granito) salpicado de trocitos de feldespato, de color gris oscuro, que fue recogido en una formación que tiene más de 4.000 millones de años ubicada junto al río Acasta, en el noroeste de Canadá. La edad de esta roca se determinó con un circón en 4.030 millones de años.

Reloj molecular de genes
Cientos de millones de años
En qué se usa: determinación del tiempo de existencia de las especies y filos animales.

Las células contienen relojes propios que pueden indicar el tiempo durante cientos de millones de años. De una generación a otra, ciertos genes de una especie mutan a ritmos relativamente constantes. Si se compara los genes de dos especies, digamos el hombre y el chimpancé, y se conoce los ritmos a los que sus genes han estado mutando, se puede calcular cuánto tiempo ha pasado desde que sus antepasados se separaron del antepasado común.
      Ese tipo de reloj molecular se ha convertido en una útil herramienta en los últimos diez años. Un biólogo norteamericano, Blair Hedges, trabaja utilizando este sistema sobre gran cantidad de muestras de tejidos de animales distribuidos entre los grupos taxonómicos principales, llamados fila (philum). En 1996, Hedges provocó una conmoción al emplear los relojes moleculares para fechar el comienzo de la existencia de los mamíferos. Cuando los paleontólogos examinan el registro de fósiles de mamíferos ven un estallido de diversidad poco después de que los dinosaurios se extinguieran, hace 65 millones de años. Fue ese estallido, suponen, lo que produjo la mayoría de los órdenes vivos hoy, desde los mamíferos ungulados hasta los murciélagos, pasando por nosotros, los primates. Pero cuando Hedges y sus colegas examinaron más allá los genes de los mamíferos vieron que las raíces de los mamíferos se extienden hacia atrás más de 100 millones de años.
      Hedges investiga ahora la explosión del Cámbrico, que algunos científicos calcularon que tuvo lugar entre 530 y 520 millones de años atrás. Una vez más sus resultados son muy diferentes de lo que muestran los registros fósiles: él y sus colegas han comparado los genes de tres fila animales y sus relojes moleculares indican un origen ubicado hace más de mil millones de años.
      Los críticos de los relojes moleculares creen que la evolución puede acelerar o reducir su ritmo; pero Hedges replica que él y sus colegas pueden tomar en consideración ese tipo de variabilidad y, una vez que lo hacen, sus fechas siguen teniendo validez.
      En cuanto a la falta de fósiles que apoyen sus cifras, Hedges argumenta que las primeras formas no dejaron fósiles o, al menos, ninguno que haya sido descubierto todavía. Sólo alrededor del comienzo del periodo cámbrico adquirieron tamaño suficiente para que se los pudiera encontrar.

Fósiles índice
Desde que existe la vida y quedaron registros fósiles
En qué se usa: determinación de otros elementos encontrados en los mismos estratos en que hay fósiles índice.

Alligaticeras sp., amonite de hace 157 a 172 millones de años

La evolución raramente se repite, y ello ofrece a los científicos una buena herramienta de fechado: los fósiles índice. Los amonites, moluscos con concha que fueron comunes en los océanos de la Tierra en la era mesozoica, vivieron entre 245 millones y 65 millones de años atrás. Su evolución fue tan rápida que muchas especies son como mojones en el tiempo y pueden revelar la edad de otros fósiles encontrados junto a ellos y la de las rocas donde se los halló.

Constante de Hubble
Edad del universo
En qué se usa: determinación de la edad de las estrellas y del universo.

Determinar el tiempo es importante no sólo para la historia de la vida sino también para la historia del universo. Los relojes que indican la formación del sistema solar se pueden encontrar en meteoritos que han caído a la Tierra después de vagar alrededor del Sol durante millones de años, pero, cuando se trata de determinar épocas más antiguas, los científicos no pueden utilizar ningún reloj que se encuentre en la Tierra; deben volver los ojos al cielo.
      Los cuásares y las galaxias se alejan raudamente de nosotros a medida que el universo se expande y, mientras se alejan, disminuye la frecuencia de la luz que emiten (se desplaza hacia el extremo rojo del espectro), de manera muy similar a como se varía el silbato de un tren que pasa. El proceso se conoce como corrimiento hacia el rojo y, midiéndolo —y, con ello, la velocidad a que las galaxias se alejan—, nos es posible imaginar cuánto tiempo ha pasado desde que todas estaban contenidas en un solo punto de densidad infinita en el momento de la creación del cosmos. En otras palabras, los astrónomos pueden valerse de ese ritmo, junto con otros datos cosmológicos, para determinar la edad del universo. Las estimaciones actuales indican que el universo tiene unos 13 mil millones de años de edad.