Esta es la continuación de la serie Las maravillas del Carbono.
Ya tenemos un , y hoy continuare la serie hablando sobre como se utiliza un isótopo de carbono inestable para datar fechas de material orgánico como telas de nilo, huesos, plantas, etc.
Muchas veces escuchamos en los medios de comunicación mencionar, por ejemplo, que unos arqueólogos han logrado determinar una fecha aproximada para una pieza de hueso por medio de datación radiométrica de carbono-14. Pues bien, si te conformas con saber que se usa carbono-14 y punto, éste artículo no es para ti; pero si quieres saber, en palabras simples, como es posible este proceso, entonces este artículo es para ti; y espero que sacie tu curiosidad, como se sació la mía el aprender sobre esta maravillosa técnica; un hito para la ciencia y la humanidad. Me es tan impresionante que el descubrimiento de Urano y Neptuno lo es para la astronomia; y verás porqué lo digo.
Explicaré el proceso de porqué esto es posible, pero no me enfatizaré en la técnica a profundidad; solo lo suficiente para entenderla. ¿listo?
Antes, un repaso de química (te lo puedes saltar si ya sabes)
Antes que nada, el núcleo atómico está formado por protones y neutrones unidos por una fuerza llamada Fuerza Nuclear Fuerte, y alrededor del núcleo se mueven los electrones. Si has estudiado quimica, de seguro sabrás que el número de protones en un núcleo atómico determina qué elemento es. Por ejemplo, si tiene 1 protón es hidrógeno, si tiene 6 es carbono, si tiene 8 es oxígeno, etc.
También sabrás que los neutrones acompañan a los neutrones en el núcleo, y por tanto, dos átomos de un mismo elemento pueden tener diferente masa. Por ejemplo: Un millón de átomos de carbono-12 (6 protones + 6 neutrones) pesa mucho menos que un millón de átomos carbono-14 (6 protones + 8 neutrones). Pues bien, decimos que el Carbono-12, Carbono-13 y Carbono-14 son isótopos diferentes del Carbono; pues son carbono, pero sus átomos difieren en masa.
¿Todo bien hasta aquí? Pues bien, hay un problema: algunos isótopos no son estables, escupen partículas de su núcleo, y por tanto, "dejan de ser carbono" tarde o temprano; se convierten en otro elemento (no bromeo; recuerden que se pierden protones, pero no voy a entrar en detalles al respecto). El proceso se llama fisión.
Isótopos inestables
Como ya he dicho, algunos isótopos no son eternos; se descomponen escupiendo partículas alfa o beta de su núcleo, modificándo algún neutrón en un protón, o procesos similares; sin embargo, teóricamente jamás podremos saber si un solo determinado átomo inestable se descompondrá en 1 segundo, 1 día, un año o 1000 millones de años, solo podemos sacar estimaciones observando un gran número de ellos, y de esta manera, hacer un estimado de cuando se descompondrá la mitad de ellos. De hecho, algunos elementos solamente tienen isótopos inestables (sin isótopos estables), pero son isótopos tan duraderos, y duran tantos miles de millones de años, que por eso siguen aquí, y no se han descompuesto; pero lo están haciendo constantemente, y por tanto, siempre están liberando radiación. Un ejemplo es el Uranio. Y sí, cualquier isótopo que sea inestable, es radiactivo.
¿estás diciendo que el Carbono-14, un elemento presente en nuestro cuerpo, es radiactivo? Sí, y de hecho, no solo sucede con el carbono-14. Las bananas son radiactivas por naturaleza, son uno de los alimentos más radiactivos; son lo suficientemente radiactivas como para activar alarmas de detectores de material radiactivo. ¿Por qué? Porque tienen abundante potasio, y una fracción de ese elemento se compone de un isótopo inestable bastante más abundante que el carbono-14, es decir, el potasio-40.
Las bananas son ligera- pero considerablemente radiactivas.
Pues bien, antes de hablar de datación (que ya debes saber más o menos por donde van los tiros) repetiré en resumen para que lo tengas en claro y así entender.
Resumen del proceso.
Los isótopos radiactivos siempre están descomponiéndose, ya dijimos que, si escogiéramos un átomo de un material radiactivo y lo miráramos por la eternidad, tal ves se descomponga en un segundo, una hora, o tarde millones de años en hacerlo; y nadie sabe qué desencadena exatamente esa descomposición; le llaman incertidumbre, y podemos hacercarnos a ella con las estadísticas y estimaciones, pero jamás hemos logrado saberlo en totalidad, y tal vez jamás lo sepamos (si existe el azar, es decir, si existe lo impredecible; siempre dependeremos de las estadísticas y nunca sabremos cuando un solo átomo radiactivo se descompondrá).
Datación por Carbono-14: lo interesante
Espero que la imagen no te incomode. Este es un ejemplo de material útil para la datación por radiocarbono.
Pues el carbono-14, como todos los isótopos estables e inestables, tiene un orígen; y como todos los inestables, tiene también un fin. ¿cuál es el orígen del carbono-14? Pues los rayos cósmicos. ¿qué diablos es eso? Radiación proveniente de supernovas y otros fenómenos lejanos en el espacio exterior. Es una radiación tan poderosa, que puede transmutar un simple átomo de Nitrógeno en la atmósfera en un átomo de, por ejemplo, carbono-14
Los organismos vivos usan carbono; de hecho, la vida está basada en el carbono. El carbono-14, por otra parte, se comporta como cualquierotro átomo de carbono... aunque claro, es inestable, pero mientras no esté descompiesto, los organismos lo utilizan indiferentemente. Esas plantas, animales, personas (incluyéndonos), etc... tienen ese carbono radiactivo en su organismo. Cuando la planta es cortada para crear papel, cuando solo quedan los huesos del animal... siempre hay un poco de carbono, y si hay carbono, hay carbono-14; pero es aquí donde explota lo interesante.
Supongamos que queremos saber la edad de una tela de lino de hace muchos años. Llevamos una muestra al laboratorio, la quemamos, y así obtenemos las cenizas ricas en carbono. Luego, en un equipo especializado, separamos el carbono más liviano (el más estable) del carbono más pecado (carbono-14). De una vez, anotamos cuánto carbono había en la muestra (por ejemplo, el 80% de sus átomos eran carbono, ¿ok?)
Bien, descubrimos en el carbono más pesado que tenemos 600 átomos de carbono-14 (muy pocos para la realidad, pero es un ejemplo). Bien, ya tenemos los datos de nuestro experimento. Ahora necesitamos datos del carbono-14, y para esto, abro un paréntesis:
Bien, resulta que la cantidad de átomos de carbono-14 se reduce exponencialmente, no progresivamente. En solo 5730 años, la mitad de nuestros átomos de carbono-14 ya no estarán ahí.
Por otra parte, sabemos que (y esto es una suposición) el 0.001% del carbono es carbono-14. Por tanto, comparamos los 600 átomos de carbono-14 que nos quedan, con el resto del carbono común. Con unas cuantas matemáticas sencillas, podremos saber cuantos átomos tenemos, y cuantos átomos deberíamos tener. Esto es muy importante, y ya sabes lo que significa.
Basados en el ritmo de descomposición nuclear, podemos calcular al fin la edad en que nuestra muestra asoció el carbono.
Información para calibrar datos obtenidos en un experimento de este tipo.
Y tu dirás, mi buen lector, ¿pero obtenemos la fecha de la muestra, o la fecha de nacimiento del carbono-14? Y yo dire: No, se obtiene la fecha de la muestra, porque usamos el mismo carbono de la misma muestra como control, calculamos el carbono-14 que debería haber en la muestra, y medimos cuando carbonop-14 queda. Al final, la fecha puede tener una presición de décadas, y no es la fecha del carbono, sino de la muestra.
Yo diría que nuestra muestra de lino tiene, a ojo, 2800 años. Mas bien, la edad de la planta al ser cortada para hacer telas.
En resumen:
El presente, el futuro y nuestro cuerpo, en relación a este isótopo
Quiero ser un poco imaginativo: Cuando los extraterrestres del futuro vengan y nos hayamos extinto, tendrás que hacer muchos más cálculos para poder datar nuestros huesos por medio del carbono-14. ¿por qué? Porque las bombas atómicas que hemos explotado alteraron los niveles de isótopos de carbono-14, de hecho, lo duplicaron; y lo peor es que no solo sucede con isótopos de carbono-14, sino también con otros isótopos más peligrosos. Por tanto, no nos sorprenda que haya una epidemia de cáncer apesar de que la calidad de vida haya mejorado tanto; considerando que ese átomo radiactivo de carbono puede estar en uno de nuestro genes, y alterarlo para causar cáncer. De hecho, se estima que 50 átomos de carbono-14 en nuestro ADN se descomponen cada segundo. ¿no os da pavor? A mi sí. -- Es como si jugáramos a la lotería, pero no por dinero, sino por un cáncer. Una sola mutación cancerígena es una sola célula es suficiente para crear una célula cancerígena capaz de seguir multiplicándose hasta formar un tumor mortal.
Otros isótopos
Existen muchos otros isótopo útiles para datar fechas de muchos otros elementos. Por ejemplo, usamos los isótopos de Uranio atrapados en un cristal para determinar la edad de formación de la roca (un proceso similar al anterior), y como sabemos que la tierra estaba líquida en sus primeros años de vida (magma), sabemos que algunas de esos cristales debieron formarse durante la formación de la tierra. Y efectivamente, hemos determinado la edad de la tierra. Pero aveces es difícil, considerando que en la tierra todo el material se está desgastando, derritiendo y solidificando con la deriva continental; por tanto, usamos datación de meteoritos (un proceso bastante similar), que utiliza material expulsado por impactos sobre la proto-tierra y otros planetas, pues se infiere que todo el sistema solar se formó casi al mismo tiempo, hace 4.700 millones de años, aproximadamente. Considera que el universo tiene 14.5 mil años.
Así que, los científicos no se lo inventan. Usan la lógica y la ciencia para estimar la edad de la tierra a millones.
Conclusión
Volviendo a la datación de carbono-14, ¿No es maravillosa la ciencia? Ya vimos que puede ser usada para cosas tan maravillosas como la datación del carbono, pero también para cosas tan horribles como la bomba atómica, y sin embargo, es una poderosa herramienta que debemos usar para bien, no para mal; y no solo ciencia, sino también ideas, filosofías o religiónes... debemos usarlas para bien.
Saludos, y muchas bendiciones. Por cierto, no cuesta nada comentar; si me equivoco en algo (solo soy un estudiante muy interesado en la ciencia), entonces díganmelo y lo corregiré.
Cuando no veo un solo comentario, mi autoestima se descompone exponencialmente; como un isótopo radiactivo.
Ya tenemos un , y hoy continuare la serie hablando sobre como se utiliza un isótopo de carbono inestable para datar fechas de material orgánico como telas de nilo, huesos, plantas, etc.
Muchas veces escuchamos en los medios de comunicación mencionar, por ejemplo, que unos arqueólogos han logrado determinar una fecha aproximada para una pieza de hueso por medio de datación radiométrica de carbono-14. Pues bien, si te conformas con saber que se usa carbono-14 y punto, éste artículo no es para ti; pero si quieres saber, en palabras simples, como es posible este proceso, entonces este artículo es para ti; y espero que sacie tu curiosidad, como se sació la mía el aprender sobre esta maravillosa técnica; un hito para la ciencia y la humanidad. Me es tan impresionante que el descubrimiento de Urano y Neptuno lo es para la astronomia; y verás porqué lo digo.
Explicaré el proceso de porqué esto es posible, pero no me enfatizaré en la técnica a profundidad; solo lo suficiente para entenderla. ¿listo?
Antes, un repaso de química (te lo puedes saltar si ya sabes)
Antes que nada, el núcleo atómico está formado por protones y neutrones unidos por una fuerza llamada Fuerza Nuclear Fuerte, y alrededor del núcleo se mueven los electrones. Si has estudiado quimica, de seguro sabrás que el número de protones en un núcleo atómico determina qué elemento es. Por ejemplo, si tiene 1 protón es hidrógeno, si tiene 6 es carbono, si tiene 8 es oxígeno, etc.
También sabrás que los neutrones acompañan a los neutrones en el núcleo, y por tanto, dos átomos de un mismo elemento pueden tener diferente masa. Por ejemplo: Un millón de átomos de carbono-12 (6 protones + 6 neutrones) pesa mucho menos que un millón de átomos carbono-14 (6 protones + 8 neutrones). Pues bien, decimos que el Carbono-12, Carbono-13 y Carbono-14 son isótopos diferentes del Carbono; pues son carbono, pero sus átomos difieren en masa.
¿Todo bien hasta aquí? Pues bien, hay un problema: algunos isótopos no son estables, escupen partículas de su núcleo, y por tanto, "dejan de ser carbono" tarde o temprano; se convierten en otro elemento (no bromeo; recuerden que se pierden protones, pero no voy a entrar en detalles al respecto). El proceso se llama fisión.
Isótopos inestables
Como ya he dicho, algunos isótopos no son eternos; se descomponen escupiendo partículas alfa o beta de su núcleo, modificándo algún neutrón en un protón, o procesos similares; sin embargo, teóricamente jamás podremos saber si un solo determinado átomo inestable se descompondrá en 1 segundo, 1 día, un año o 1000 millones de años, solo podemos sacar estimaciones observando un gran número de ellos, y de esta manera, hacer un estimado de cuando se descompondrá la mitad de ellos. De hecho, algunos elementos solamente tienen isótopos inestables (sin isótopos estables), pero son isótopos tan duraderos, y duran tantos miles de millones de años, que por eso siguen aquí, y no se han descompuesto; pero lo están haciendo constantemente, y por tanto, siempre están liberando radiación. Un ejemplo es el Uranio. Y sí, cualquier isótopo que sea inestable, es radiactivo.
¿estás diciendo que el Carbono-14, un elemento presente en nuestro cuerpo, es radiactivo? Sí, y de hecho, no solo sucede con el carbono-14. Las bananas son radiactivas por naturaleza, son uno de los alimentos más radiactivos; son lo suficientemente radiactivas como para activar alarmas de detectores de material radiactivo. ¿Por qué? Porque tienen abundante potasio, y una fracción de ese elemento se compone de un isótopo inestable bastante más abundante que el carbono-14, es decir, el potasio-40.
Las bananas son ligera- pero considerablemente radiactivas.
Pues bien, antes de hablar de datación (que ya debes saber más o menos por donde van los tiros) repetiré en resumen para que lo tengas en claro y así entender.
Resumen del proceso.
Los isótopos radiactivos siempre están descomponiéndose, ya dijimos que, si escogiéramos un átomo de un material radiactivo y lo miráramos por la eternidad, tal ves se descomponga en un segundo, una hora, o tarde millones de años en hacerlo; y nadie sabe qué desencadena exatamente esa descomposición; le llaman incertidumbre, y podemos hacercarnos a ella con las estadísticas y estimaciones, pero jamás hemos logrado saberlo en totalidad, y tal vez jamás lo sepamos (si existe el azar, es decir, si existe lo impredecible; siempre dependeremos de las estadísticas y nunca sabremos cuando un solo átomo radiactivo se descompondrá).
Datación por Carbono-14: lo interesante
Espero que la imagen no te incomode. Este es un ejemplo de material útil para la datación por radiocarbono.
Pues el carbono-14, como todos los isótopos estables e inestables, tiene un orígen; y como todos los inestables, tiene también un fin. ¿cuál es el orígen del carbono-14? Pues los rayos cósmicos. ¿qué diablos es eso? Radiación proveniente de supernovas y otros fenómenos lejanos en el espacio exterior. Es una radiación tan poderosa, que puede transmutar un simple átomo de Nitrógeno en la atmósfera en un átomo de, por ejemplo, carbono-14
Los organismos vivos usan carbono; de hecho, la vida está basada en el carbono. El carbono-14, por otra parte, se comporta como cualquierotro átomo de carbono... aunque claro, es inestable, pero mientras no esté descompiesto, los organismos lo utilizan indiferentemente. Esas plantas, animales, personas (incluyéndonos), etc... tienen ese carbono radiactivo en su organismo. Cuando la planta es cortada para crear papel, cuando solo quedan los huesos del animal... siempre hay un poco de carbono, y si hay carbono, hay carbono-14; pero es aquí donde explota lo interesante.
Supongamos que queremos saber la edad de una tela de lino de hace muchos años. Llevamos una muestra al laboratorio, la quemamos, y así obtenemos las cenizas ricas en carbono. Luego, en un equipo especializado, separamos el carbono más liviano (el más estable) del carbono más pecado (carbono-14). De una vez, anotamos cuánto carbono había en la muestra (por ejemplo, el 80% de sus átomos eran carbono, ¿ok?)
Bien, descubrimos en el carbono más pesado que tenemos 600 átomos de carbono-14 (muy pocos para la realidad, pero es un ejemplo). Bien, ya tenemos los datos de nuestro experimento. Ahora necesitamos datos del carbono-14, y para esto, abro un paréntesis:
Sabemos que si tenemos 1000 átomos de carbono-14, en 5730 años tendremos (la mitad) 500... en 5730 años más tendremos 250 (la mitad de la mitad)... en 5730 años más tendremos 125 átomos... en 5730 años más, tendremos 62 átomos, etc, etc.
Bien, resulta que la cantidad de átomos de carbono-14 se reduce exponencialmente, no progresivamente. En solo 5730 años, la mitad de nuestros átomos de carbono-14 ya no estarán ahí.
Por otra parte, sabemos que (y esto es una suposición) el 0.001% del carbono es carbono-14. Por tanto, comparamos los 600 átomos de carbono-14 que nos quedan, con el resto del carbono común. Con unas cuantas matemáticas sencillas, podremos saber cuantos átomos tenemos, y cuantos átomos deberíamos tener. Esto es muy importante, y ya sabes lo que significa.
Basados en el ritmo de descomposición nuclear, podemos calcular al fin la edad en que nuestra muestra asoció el carbono.
Información para calibrar datos obtenidos en un experimento de este tipo.
Y tu dirás, mi buen lector, ¿pero obtenemos la fecha de la muestra, o la fecha de nacimiento del carbono-14? Y yo dire: No, se obtiene la fecha de la muestra, porque usamos el mismo carbono de la misma muestra como control, calculamos el carbono-14 que debería haber en la muestra, y medimos cuando carbonop-14 queda. Al final, la fecha puede tener una presición de décadas, y no es la fecha del carbono, sino de la muestra.
Yo diría que nuestra muestra de lino tiene, a ojo, 2800 años. Mas bien, la edad de la planta al ser cortada para hacer telas.
En resumen:
El presente, el futuro y nuestro cuerpo, en relación a este isótopo
Quiero ser un poco imaginativo: Cuando los extraterrestres del futuro vengan y nos hayamos extinto, tendrás que hacer muchos más cálculos para poder datar nuestros huesos por medio del carbono-14. ¿por qué? Porque las bombas atómicas que hemos explotado alteraron los niveles de isótopos de carbono-14, de hecho, lo duplicaron; y lo peor es que no solo sucede con isótopos de carbono-14, sino también con otros isótopos más peligrosos. Por tanto, no nos sorprenda que haya una epidemia de cáncer apesar de que la calidad de vida haya mejorado tanto; considerando que ese átomo radiactivo de carbono puede estar en uno de nuestro genes, y alterarlo para causar cáncer. De hecho, se estima que 50 átomos de carbono-14 en nuestro ADN se descomponen cada segundo. ¿no os da pavor? A mi sí. -- Es como si jugáramos a la lotería, pero no por dinero, sino por un cáncer. Una sola mutación cancerígena es una sola célula es suficiente para crear una célula cancerígena capaz de seguir multiplicándose hasta formar un tumor mortal.
Otros isótopos
Existen muchos otros isótopo útiles para datar fechas de muchos otros elementos. Por ejemplo, usamos los isótopos de Uranio atrapados en un cristal para determinar la edad de formación de la roca (un proceso similar al anterior), y como sabemos que la tierra estaba líquida en sus primeros años de vida (magma), sabemos que algunas de esos cristales debieron formarse durante la formación de la tierra. Y efectivamente, hemos determinado la edad de la tierra. Pero aveces es difícil, considerando que en la tierra todo el material se está desgastando, derritiendo y solidificando con la deriva continental; por tanto, usamos datación de meteoritos (un proceso bastante similar), que utiliza material expulsado por impactos sobre la proto-tierra y otros planetas, pues se infiere que todo el sistema solar se formó casi al mismo tiempo, hace 4.700 millones de años, aproximadamente. Considera que el universo tiene 14.5 mil años.
Así que, los científicos no se lo inventan. Usan la lógica y la ciencia para estimar la edad de la tierra a millones.
Conclusión
Volviendo a la datación de carbono-14, ¿No es maravillosa la ciencia? Ya vimos que puede ser usada para cosas tan maravillosas como la datación del carbono, pero también para cosas tan horribles como la bomba atómica, y sin embargo, es una poderosa herramienta que debemos usar para bien, no para mal; y no solo ciencia, sino también ideas, filosofías o religiónes... debemos usarlas para bien.
Saludos, y muchas bendiciones. Por cierto, no cuesta nada comentar; si me equivoco en algo (solo soy un estudiante muy interesado en la ciencia), entonces díganmelo y lo corregiré.
Cuando no veo un solo comentario, mi autoestima se descompone exponencialmente; como un isótopo radiactivo.