El estudio del tiempo geológico siempre ha sido una pretensión de la humanidad. Geólogos y arqueólogos han puesto todos sus esfuerzos en poder conocer el pasado de nuestro planeta, pero todo ello dio un vuelco gracias a la química, con el descubrimiento del método de datación carbono 14 y su acumulación en la materia orgánica.
El descubrimiento de la implicación del carbono 14 en el estudio del tiempo geológico trajo consigo el poder conocer más detallada y objetivamente la edad de un resto de materia orgánica como se ha demostrado en el estudio de la tumba del faraón Zoser del 2645 a.C, la Biblia Vulgata del siglo XIII, la sábana santa o un manual de latín del siglo XV.
Teniendo en cuenta todo ello ¿Qué es y cómo funciona este elemento químico para poder conocer nuestra historia?
¿Qué es el carbono 14? ¿Cómo se produce?
El carbono 14, también llamado radiocarbono, es un isótopo (átomo de un mismo elemento químico, pero con diferente peso atómico) del carbono. Este isótopo inestable y poco radioactivo se forma en las capas altas de la atmósfera, donde los neutrones de los rayos de radiación, llamados rayos cósmicos, inciden en los átomos de nitrógeno presentes en la atmósfera. Al impactar sobre el átomo de nitrógeno, este pierde uno de sus siete protones, quedando con seis protones y siete neutrones, por lo que el átomo de nitrógeno pasa directamente a ser un átomo de carbono 14.
Al ser el carbono 14 muy inestable, debido a que cuenta con sólo 6 protones, rápidamente se une con el oxígeno atmosférico formando el dióxido de carbono. Este CO2 es absorbido y almacenado por las plantas en la fotosíntesis y por los animales en la alimentación y respiración, entrando así en el ciclo del carbono.
Esta conversión del nitrógeno en carbono 14, fue descubierta en 1940 por los químicos Martin Kamen y Samuel Ruben, quienes descubrieron en base a las teorías de radiocarbonos de Serge Korff, que tras el impacto en la tierra de los rayos cósmicos, eran liberados átomos desconocidos hasta la fecha.
¿Qué es la datación?
La datación es la acción de situar en el tiempo geológico los materiales rocosos, los sucesos y acontecimientos objeto de estudio. Esta datación, según el Colegio de Geólogos de España, puede ser de dos tipos: relativa o absoluta.
La datación relativa consiste en ordenar los restos arqueológicos y piezas rocosas por su posición temporal relativa, basándose en el principio de la superposición de estratos y de la estratigrafía.
La datación absoluta consiste en datar la edad de una roca, fósil o acontecimiento geológico por métodos que permitan dar fechas absolutas, normalmente en millones de años (Ma).
Datación y carbono 14: la propuesta de Libby
Ahora bien, ¿qué relación guarda el radiocarbono o carbono 14 con la datación? Esa pregunta fue una de las que se hizo el profesor de química de Chicago, Willard Libby, quien siguiendo las teorías de Korff y conociendo la existencia del radiocarbono gracias a Kamen y Ruben, se planteó el posible uso del radiocarbono en la datación.
Libby propuso, en 1945, la revolucionaria idea de utilizar el carbono 14 para realizar la datación de la materia orgánica. Para poder probar que el carbono 14 podría ser una herramienta para estimar el tiempo geológico, Libby tuvo que cerciorarse de que el radiocarbono estuviera constante en la atmósfera durante miles de años y de que tuviera relación con la biosfera, la tierra y los océanos.
En sus investigaciones, Libby estudiaba la presencia de carbono 14 en los restos geológicos a través de la quema una muestra tras limpiarla de impurezas. La quema provoca que todo el carbono del objeto de estudio se convierta en CO2. El dióxido de carbono obtenido era purificado y se sometía a un contador proporcional donde se medían los electrones liberados por la muestra. El carbono 14 en su descomposición libera un electrón, por lo que según la cantidad de electrones liberados, se estima la cantidad de carbono 14 existente en el momento de la muerte del ser vivo analizado y por lo tanto la edad geológica del sujeto.
En 1949 realizó la «Curva de los conocidos» (Figura 1), en la cual comparaba la edad estimada de algunos artefactos conocidos con la edad atribuida por la prueba del radiocarbono. En ella, el tiempo geológico obtenido con la prueba del carbono 14 era muy próximo al tiempo dado de forma relativa, lo que confirmó la teoría de Libby. Por estos estudios recibió el Nobel de Química de 1960.
La datación por carbono 14 fue el principio de la datación absoluta al emplearse por primera vez en la datación, la radiactividad, aportando una datación objetiva a parte de la dendrocronología.
Figura 1. Tabla de los conocidos. La tabla de los conocidos representa la edad geológica de diversos artefactos conocidos estimada por el carbono 14 en comparación con la edad geológica estimada relativamente. En ella Libby compara la edad de los anillos de un árbol o los sucesos ocurridos en Pompeya tras la erupción del volcán Vesubio. Esta tabla fue presentada por Libby en 1960 al recoger el Nobel de Química. Fuente: Sociedad Americana de Química.
Métodos de datación a través del carbono 14.
La datación por radiocarbono ha ido evolucionando hasta la actualidad. Actualmente existen tres tipos de métodos de datación por carbono 14 que detallaremos a continuación.
La primera es el recuento proporcional de gas. Es una técnica más convencional en la que, tras convertir todo el carbono de una muestra en CO2, se cuentan las partículas beta emitidas, como producto del decaimiento del radiocarbono, por lo que conoceríamos la cantidad del carbono 14.
La segunda es el recuento del centelleo líquido. Se introdujo en 1960 y solo actúa cuando la muestra está en estado líquido. En la muestra se coloca un fotomultiplicador y un contador de centelleos. El fotomultiplicador producirá un centelleo al detectar la partícula beta y el contador registrará el centelleo, contabilizando así el número de partículas beta de forma indirecta.
Por último, la espectrometría de masas con aceleradores, considerado el método más eficaz. En lugar de cuantificar las partículas beta emitidas, registra la cantidad de carbono 12 y 13 producidas al perder el carbono 14 las partículas beta. Con este método se consigue una datación sin producir daños a la muestra ya que se necesitan partes muy pequeñas. Como curiosidad, con esta técnica se ha conseguido conocer la edad de la Biblia Vulgata (S. XIII).
Limitaciones de la datación por radiocarbono
El uso del carbono 14 para la datación cronológica posee también limitaciones, lo que reduce su uso y la medición del tiempo geológico.
Por una parte encontramos la limitación de su presencia en los diferentes restos geológicos, todo ello debido a que solo puede emplearse en restos que contengan carbono, es decir, solo en restos de materia orgánica como madera, huesos, pelo, sedimentos u otros restos orgánicos.
Y por otro lado encontramos el decaimiento del carbono 14, este al ser muy inestable, tras la muerte de un ser vivo, comienza a desintegrarse, al contrario que otras formas radiactivas del carbono. Por ello, según avanza el tiempo desde la muerte de un ser vivo, avanza su pérdida de carbono 14. Este efecto limita el uso de la técnica de datación por radiocarbono en especímenes muy antiguos.
Para que la técnica de datación con radiocarbono sea efectiva debe tener en cuenta el período de semidesintegración, que es el momento en que el elemento radiactivo se ha reducido a la mitad. Este decaimiento es debido a la pérdida de las partículas alfa y beta, lo que transforma el átomo en carbono 12, luego 13 y finalmente en nitrógeno 14. El período de semidesintegración del carbono 14 es de 5730 años, por lo que el tope máximo para poder hacer una datación por radiocarbono con alta fiabilidad es menos de 45000 años de antigüedad.
Período de semidesintegración del carbono 14 hasta convertirse en nitrógeno 14. Cuando un cuerpo orgánico muere, este contiene la misma cantidad de radiocarbono que la atmósfera en ese momento, pero según pasan el tiempo, el carbono 14 disminuye el cuerpo orgánico, pasando a sr carbono 13 o 12 y nitrógeno 14, a los 5.730 años, la cantidad de carbono 14 se ha reducido a la mita, habiendo desaparecido al 100% después de más de 60.000 años. Fuente: geolodiaavila.com.
La datación por radiocarbono en el futuro: El efecto Suess.
Desde hace unos años la datación por carbono 14 sufre de problemas debido a la contaminación atmosférica. Desde la revolución industrial, ingentes cantidades de CO2 han sido liberadas a la atmósfera lo que puede desvirtuar las cantidades de carbono 14 actuales y complicar la datación utilizando este isótopo o hacerla más lenta. Esta desvirtualización se conoce como efecto Suess, en honor a su descubridor, el físico Hans Suess.
Según declaraciones de Javier Santos, encargado del servicio de datación del Centro Nacional de Aceleradores de Sevilla, para XLSemanal; la cantidad de CO2 emitida a al atmósfera supondrá una problemática para la datación en milenios posteriores, cuando la cantidad de dióxido de carbono atmosférico sea tal que no permita la correcta datación.
Conclusión
La química es parte fundamental de nuestro día a día, en realidad, somos química y esta ciencia nacida de la alquimia es la causante de que a día de hoy tengamos una de las técnicas de datación más objetivas y fiables. La química ha hecho que la geología y la arqueología sufrieran una revolución que permita conocer más acerca de nuestro pasado y el pasado de la arcaica Tierra.
El radiocarbono y su descubrimiento han dado a la humanidad hitos en la historia que cambian nuestra forma de entender el mundo y nuestro pasado ¿Cuántas cosas quedarán aún por descubrir que el carbono 14 ayude a datar?
Bibiografía
- BETA Analytic. Carbono 14: el método de datación que cambió la arqueología https://www.radiocarbon.com/espanol/sobre-carbono-datacion.htm (Consultado: 18/04/2022)
- Desperta Ferro Ediciones. Carbono 14, pasado y futuro del método de datación que cambió la arqueología. https://www.despertaferro-ediciones.com/2015/estado-de-la-cuestion-carbono-14-pasado-y-futuro-del-metodo-de-datacion-que-cambio-la-arqueologia/ (Consultado: 21/04/2022)
- Naukas. El carbono 14 para torpes. https://naukas.com/2010/10/18/el-carbono-14-para-torpes/ (Consultado 21/04/2022)
- American Chemical Society. Discovery of Radiocarbon Dating (2016) https://www.acs.org/content/dam/acsorg/education/whatischemistry/landmarks/willard-libby-radiocarbon-dating.pdf (Consultado 21/04/2022)
- ICOG (Ilustre Colegio de Geólogos) Glosario https://www.cgeologos.es/glosario (Consultado 27/04/2022)
- Caro. A. J., Cano. F. A., Trabajo Datación carbono 14. https://www.dsi.uclm.es/personal/miguelfgraciani/mikicurri/docencia/bioinformatica/web_bio/Documentacion/Trabajos/Carbono%2014/Carbono_14.pdf (Consultado 27/04/2022)
- Geología desde Ávila. Método de datación por radiocarbono o carbono 14. https://geolodiaavila.com/2019/04/03/metodo-de-datacion-por-radiocarbono-o-carbono-14/ (Consultado 28/04/2022/
- XLSemanal. La prueba del carbono 14, amenazada. https://www.xlsemanal.com/conocer/ciencia/20180303/la-prueba-del-carbono-14-amenazada.html (Consultado 28/04/2022)
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Este artículo ha sido redactado por el equipo de microbacterium.es de forma exclusiva para Foro Química Y Sociedad. Artículo redactado por Féliz Méndez Fernández y editado por Carmen de Jesús Gil
