La ciencia Detrás de la Datación por Carbono
Cuando los investigadores encuentran un hueso o artefacto ¿cómo saben cuál es su antigüedad? Si bien hay varias respuestas a esta pregunta, la mayoría de las cuales dependen en gran medida de la edad y el entorno del hallazgo, la datación por carbono es sin duda una de las más importantes. La física, química y biología que hay detrás de la datación por carbono es absolutamente fascinante y vale la pena conocerla. Esbozaremos algunos puntos clave a continuación.
Paso 1 – Las Estrellas “contaminan” nuestra atmósfera.
La Tierra es bombardeada con radiación cósmica constantemente. Estas partículas altamente energéticas se originan en perturbaciones estelares como las erupciones solares y las supernovas. Algunas de ellas chocan con el nitrógeno atmosférico haciendo que éste pierda uno de sus protones ¿Qué se obtiene cuando se quita un protón del nitrógeno? ¡Carbono! Pero no cualquier carbono, se obtiene una forma radioactiva llamada carbono-14 (el número 14 es el número de protones y neutrones que tiene el isótopo).
Paso 2 – El carbono radiactivo entra en las plantas a través del agua.
Es asombroso pensar que casi la totalidad de la masa de las plantas está compuesta de aire condensado. Durante la fotosíntesis, las plantas convierten dióxido de carbono en azúcar. Algunos de esos azúcares se convierten en largas cadenas de moléculas, como la celulosa, que constituye la mayor parte de la madera y pulpa de árboles y plantas. El dióxido de carbono también se disuelve en agua, a veces formando ácido carbónico. Esto es preocupante porque, cuando los niveles de CO2 aumentan, también lo hace la acidez de la lluvia, el mar y el agua dulce.
Paso 3 – Los animales comen o beben el carbono radioactivo.
Tú y todos los demás animales están hechos de carbono fijado por las plantas (¡y nitrógeno fijado por las bacterias!). Entonces, si una parte del carbono de las plantas y el agua es radiactivo ¡también lo eres tú!
Paso 4 – Entiérrate.
Esto es importante. Para que la datación por carbono-14 sea precisa, un fósil o artefacto deben estar enterrados. De esta manera se evita la exposición al carbono radiactivo recientemente fijado.
Paso 5 – Decae.
Por razones que la física no entiende totalmente, a los átomos les gusta mantener proporciones muy particulares entre neutrones y protones. Si no están en una proporción feliz, emiten partículas o radiación hasta que quedan en la proporción óptima entre neutrones y protones. En este caso, el carbono-14 en su proceso de decaimiento emite un electrón y un antineutrino dando por resultado, otra vez, nitrógeno estable. Las muestras radiactivas como el carbono-14 decaen a tasas muy predecibles y cuantificables.
Paso 6 – Determina la vida media del isótopo radiactivo.
El término ‘vida media’ se refiere a la cantidad de tiempo que tarda la mitad de los isótopos radiactivos de una muestra en convertirse en isótopos estables. Podemos determinar la vida media de un isótopo midiendo la cantidad de radiación que produce durante un determinado período de tiempo, a partir de una cantidad de átomos radiactivos conocida de antemano.
Paso 7 – Evita los contaminantes.
La piedra caliza (carbonato de calcio) puede introducir carbono mucho más viejo en la muestra, haciéndola aparentemente más antigua. Además, los ciclos solares y las alteraciones de nuestra magnetósfera afectan la cantidad de carbono radiactivo que se produce en la atmósfera. Sin embargo, éstos han sido relativamente constantes dentro del rango en que la datación por carbono es exacta (unos 60.000 ± 2.000 años).
Paso 8 – Obtiene la proporción entre material radiactivo e isótopos no radiactivos.
En este momento tú y casi todos los demás seres vivos tenemos alrededor de 1 átomo de carbono-14 radiactivo por cada billón de átomos de carbono estables. Esta cantidad se reduce a la mitad aproximadamente cada 5.730 ± 40 años. Por lo tanto, si conectas tu cantidad de carbono radiactivo y de carbono estable en una fórmula, se puede obtener una estimación fiable de la edad de la muestra.
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Cuando los investigadores encuentran un hueso o artefacto ¿cómo saben cuál es su antigüedad? Si bien hay varias respuestas a esta pregunta, la mayoría de las cuales dependen en gran medida de la edad y el entorno del hallazgo, la datación por carbono es sin duda una de las más importantes. La física, química y biología que hay detrás de la datación por carbono es absolutamente fascinante y vale la pena conocerla. Esbozaremos algunos puntos clave a continuación.
Paso 1 – Las Estrellas “contaminan” nuestra atmósfera.
La Tierra es bombardeada con radiación cósmica constantemente. Estas partículas altamente energéticas se originan en perturbaciones estelares como las erupciones solares y las supernovas. Algunas de ellas chocan con el nitrógeno atmosférico haciendo que éste pierda uno de sus protones ¿Qué se obtiene cuando se quita un protón del nitrógeno? ¡Carbono! Pero no cualquier carbono, se obtiene una forma radioactiva llamada carbono-14 (el número 14 es el número de protones y neutrones que tiene el isótopo).
Paso 2 – El carbono radiactivo entra en las plantas a través del agua.
Es asombroso pensar que casi la totalidad de la masa de las plantas está compuesta de aire condensado. Durante la fotosíntesis, las plantas convierten dióxido de carbono en azúcar. Algunos de esos azúcares se convierten en largas cadenas de moléculas, como la celulosa, que constituye la mayor parte de la madera y pulpa de árboles y plantas. El dióxido de carbono también se disuelve en agua, a veces formando ácido carbónico. Esto es preocupante porque, cuando los niveles de CO2 aumentan, también lo hace la acidez de la lluvia, el mar y el agua dulce.
Paso 3 – Los animales comen o beben el carbono radioactivo.
Tú y todos los demás animales están hechos de carbono fijado por las plantas (¡y nitrógeno fijado por las bacterias!). Entonces, si una parte del carbono de las plantas y el agua es radiactivo ¡también lo eres tú!
Paso 4 – Entiérrate.
Esto es importante. Para que la datación por carbono-14 sea precisa, un fósil o artefacto deben estar enterrados. De esta manera se evita la exposición al carbono radiactivo recientemente fijado.
Paso 5 – Decae.
Por razones que la física no entiende totalmente, a los átomos les gusta mantener proporciones muy particulares entre neutrones y protones. Si no están en una proporción feliz, emiten partículas o radiación hasta que quedan en la proporción óptima entre neutrones y protones. En este caso, el carbono-14 en su proceso de decaimiento emite un electrón y un antineutrino dando por resultado, otra vez, nitrógeno estable. Las muestras radiactivas como el carbono-14 decaen a tasas muy predecibles y cuantificables.
Paso 6 – Determina la vida media del isótopo radiactivo.
El término ‘vida media’ se refiere a la cantidad de tiempo que tarda la mitad de los isótopos radiactivos de una muestra en convertirse en isótopos estables. Podemos determinar la vida media de un isótopo midiendo la cantidad de radiación que produce durante un determinado período de tiempo, a partir de una cantidad de átomos radiactivos conocida de antemano.
Paso 7 – Evita los contaminantes.
La piedra caliza (carbonato de calcio) puede introducir carbono mucho más viejo en la muestra, haciéndola aparentemente más antigua. Además, los ciclos solares y las alteraciones de nuestra magnetósfera afectan la cantidad de carbono radiactivo que se produce en la atmósfera. Sin embargo, éstos han sido relativamente constantes dentro del rango en que la datación por carbono es exacta (unos 60.000 ± 2.000 años).
Paso 8 – Obtiene la proporción entre material radiactivo e isótopos no radiactivos.
En este momento tú y casi todos los demás seres vivos tenemos alrededor de 1 átomo de carbono-14 radiactivo por cada billón de átomos de carbono estables. Esta cantidad se reduce a la mitad aproximadamente cada 5.730 ± 40 años. Por lo tanto, si conectas tu cantidad de carbono radiactivo y de carbono estable en una fórmula, se puede obtener una estimación fiable de la edad de la muestra.
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