El método de datación por radiocarbono es basado en ciertas suposiciones sobre la concentración global de carbono 14 en un momento dado. Una suposición es que los niveles globales de carbono 14 (también llamado radiocarbono) en la atmósfera no ha cambiado con el tiempo. El otro supuesto es consecuencia del primero: la biosfera tiene la misma concentración global de radiocarbono que la atmósfera debido al equilibrio.
La introducción del radiocarbono en el ciclo global de carbono comienza en la atmósfera, donde se forma por la interacción de neutrones producidos por rayos cósmicos con átomos de nitrógeno. El carbono 14 producido reacciona con átomos de oxígeno en la atmósfera para formar dióxido de carbono. Este dióxido de carbono no es diferente del producido por el carbono-12 y el carbono-13, por lo que el dióxido de carbono con carbono 14 tiene la misma suerte que los que se producen con los otros isótopos de carbono.
Los intercambios y las mezclas se suceden entre la atmósfera y la biosfera hasta el momento en que se establece el equilibrio. La datación por radiocarbono se basa en gran medida en esta suposición, de tal manera que al principio no se consideraron otras fuentes de carbono-14.
Hoy en día, los científicos dedicados al radiocarbono tienen que realizar la calibración, no solamente para convertir los resultados de sus fechas radiocarbónicas a fechas de calendario, sino también para poder considerar los diversos factores que tienen efectos importantes en los niveles globales de carbono-14, como las armas nucleares.
Hay dos actividades humanas conocidas que cambiaron los niveles globales de radiocarbono irremediablemente: la quema de combustibles fósiles y las pruebas con armas nucleares.
La quema de grandes cantidades de combustibles fósiles como el carbón, conocido como el efecto Suess, había reducido considerablemente la concentración de radiocarbono del depósito de carbono atmosférico. En contraste, las pruebas de armas nucleares en los años 1950 y 1960 aumentaron dramáticamente los niveles de carbono 14 en la atmósfera. Este fenómeno es a menudo referido como el efecto bomba.
El efecto bomba se refiere al fenómeno que produjo radiocarbono “artificial” en la atmósfera debido a las bombas nucleares.
Pruebas de armas nucleares provocaron una reacción que simulaba la producción atmosférica de carbono 14 en cantidades no naturales. El enorme flujo de neutrones térmicos producido por bombas nucleares reaccionó con átomos de nitrógeno presentes en la atmósfera para producir carbono 14. El carbono 14 producido es lo que se conoce como carbono bomba o radiocarbono artificial.
Según la literatura, las pruebas de armas nucleares en los años 1950 y 1960 casi han duplicado el contenido de carbono 14 atmosférico en base a las mediciones efectuadas alrededor de 1965. El nivel de carbono bomba era cerca de 100% por encima de los niveles normales entre 1963 y 1965. El nivel del carbono bomba en el hemisferio norte alcanzó su punto máximo en 1963, y en el hemisferio sur alrededor de 1965.
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El cambio en los niveles globales de radiocarbono provocado por actividades humanas hace necesaria la utilización de un estándar de referencia para datación por carbono 14. La datación por radiocarbono necesitaba un material orgánico que no estuviera contaminado con carbono 14 de la quema de combustibles fósiles o pruebas de armas nucleares.
El ácido oxálico almacenado por el U.S. National Bureau of Standardsha sido adoptado como estándar para datación por radiocarbono. Su contenido de radiocarbono en teoría era el mismo que el de una muestra de madera cultivada en AD 1950, el punto cero en la escala de tiempo de radiocarbono utilizada en la cita de resultados de datación por carbono.
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Este vídeo forma parte del webinario de Beta Analytic: Una introducción al análisis de isótopos estables
Incluso después de la prohibición de las pruebas de armas nucleares, el efecto bomba aún permanece. De acuerdo a la literatura, el exceso de carbono-14 producido durante las pruebas de armas nucleares ya ha disminuido debido, en parte, al ciclo de intercambio global del carbono. En 1990, el nivel del carbono-14 es apenas casi un de 20% más alto que el nivel teórico de 1950, tal como está establecido por la norma de referencia de la actividad del ácido oxálico.
El carbono bomba es, básicamente, una inyección artificial de carbono-14. Los científicos dedicados al radiocarbono utilizaron este hecho para poner a prueba sus teorías respecto a las tasas de mezcla de carbono 14 a través de varios depósitos de carbono, y se dieron cuenta de que los anillos de árboles no intercambian radiocarbono con otros anillos de árboles. Este hecho ha apoyado el uso de la dendrocronología en la datación por radiocarbono, particularmente en la construcción de curvas de calibración de radiocarbono.
Asimismo, existen otros estudios que hicieron seguimiento de la presencia de carbono bomba o del radiocarbono en general.
El Geochemical Ocean Section Study analizó muestras de agua marina de los Océanos Atlántico, Pacifico, Índico, y de Mar Mediterráneo, y mapearon la presencia del carbono bomba. Los resultados del estudio han permitido a los modeladores analizar las vías del radiocarbono, su tasa de intercambio y los tiempos de residencia.
El World Ocean Circulation Experiment obtuvo mediciones de radiocarbono a partir de carbono inorgánico disuelto de 1990 a 2002.
Reidar Nydal y Knut Lovseth midieron el radiocarbono en el dióxido de carbono atmosférico de los hemisferios norte y sur de 1962 a 1993.
