El impacto que la técnica de la datación por radiocarbono ha tenido en el hombre moderno la ha convertido en uno de los descubrimientos más significativos del siglo XX. Ningún otro método científico ha logrado revolucionar tanto la comprensión del hombre tiene de su presente y su pasado.
La arqueología y otras ciencias humanas utilizan la datación por radiocarbono para probar o refutar teorías. Con los años, la datación por carbono-14 también ha encontrado aplicaciones en geología, hidrología, geofísica, ciencia atmosférica, oceanografía, paleo-climatología, e incluso en biomédica.
El radiocarbono, o carbono-14, es un isótopo del elemento carbono que es inestable y débilmente radioactivo. Los isótopos estables son el carbono-12 y el carbono-13.
El carbono 14 se forma continuamente en la atmosfera superior por el efecto de los neutrones de rayos cósmicos sobre los átomos de nitrógeno-14, oxidándose rápidamente en el aire para formar dióxido de carbono y entrar en el ciclo global del carbono.
Las plantas y los animales asimilan el carbono-14 a partir del dióxido de carbono durante toda su vida. Cuando mueren, dejan de intercambiar carbono con la biósfera y su contenido de carbono-14 empieza a disminuir a una tasa determinada por la ley del decaimiento radioactivo.
La datación por radiocarbono es, básicamente, un método diseñado para medir la radioactividad residual.
Hay tres técnicas principales utilizadas para medir el contenido de carbono-14 de cualquier muestra: recuento proporcional de gas, recuento de centelleo líquido, y espectrometría de masas con aceleradores.
El recuento proporcional de gas es una técnica convencional de datación radiométrica que cuenta las partículas beta emitidas por una muestra dada. Las partículas beta son productos del decaimiento del radiocarbono. En este método, la muestra de carbono se convierte primero en gas de dióxido de carbono antes de que la medición en contadores de gas proporcional se lleve a cabo.
El recuento de centelleo líquido es otra técnica de datación por radiocarbono que era popular en la década de 1960. En este método, la muestra está en estado líquido y se agrega un contador de centelleo. Éste produce un destello de luz cuando interactúa con una partícula beta. Un vial con una muestra se pasa entre dos fotomultiplicadores, y solo cuando ambos dispositivos registran el destello de luz, se realiza el recuento.
La espectrometría de masas con aceleradores (AMS) es un método moderno de datación por radiocarbono que está considerado como la forma más eficiente de medir el contenido de radiocarbono de una muestra. En este método, el contenido de carbono-14 se mide directamente en relación al carbono-12 y al carbono-13 presente. El método no tiene en cuenta las partículas beta, sino el número de átomos de carbono presentes en la muestra y la proporción de los isótopos.
No todos los materiales pueden ser datados por radiocarbono. La mayoría, si no todos, de los compuestos orgánicos pueden ser datados. Algunos materiales inorgánicos, como el aragonito de una concha pueden ser datados siempre y cuando su formación mineral supusiese la asimilación de carbono-14 en equilibrio con la atmósfera.
Los materiales que han sido datados por radiocarbono desde la creación del método incluye carbón, madera, semillas, huesos, cuero, turba, barro de lago, suelo, cabello, cerámica, polen, pinturas murales, corales, residuos de sangre, tejidos, papel o pergamino, resinas, y agua, entre otros.
Los pretratamiento físicos y químicos realizados sobre estos materiales eliminan los posibles contaminantes antes de analizar su contenido de radiocarbono.
La edad de radiocarbono de una determinada muestra de edad desconocida se puede determinar midiendo su contenido de carbono 14 y comparando el resultado con la actividad del carbono 14 en muestras modernas y de antecedentes.
La norma principal moderna usada por laboratorios de datación por radiocarbono fue el Acido Oxálico I obtenido del National Institute of Standards and Technology in Maryland. Este ácido oxálico vino de la remolacha azucarera en 1955. Alrededor de 95% de la actividad de radiocarbono del Acido Oxálico I es igual a la actividad medida de radiocarbono de la norma absoluta de radiocarbono—una madera en 1890 no afectada por los efectos de los combustibles fósiles.
Cuando las existencias de Acido Oxálico I fueron casi totalmente consumidas, otra norma se hizo a partir de un cultivo de melaza de remolacha francesa de 1977. La nueva norma, Acido Oxálico II, se comprobó como teniendo solamente una pequeña diferencia con Acido Oxálico I en términos de contenido de radiocarbono. Con los años, otras normas secundarias de radiocarbono se han hecho.
Actividad de radiocarbono de materiales antecedentes también están decididos a eliminar su contribución de los resultados obtenidos durante el análisis de una muestra. Actividad de antecedentes de radiocarbono se mide, y los valores obtenidos se deducen de los resultados de la datación por radiocarbono de la muestra. Muestras analizadas de antecedentes son usualmente de origen geológico de edad infinita, como el carbón, lignito, y piedra caliza.
Una medición de radiocarbono se denomina edad radiocarbónica convencional (CRA). Las convenciones de CRA incluyen (a) el uso de la vida media de Libby; (b) el uso de ácido oxálico I o II, o cualquier otro estándar secundario apropiado como estándar de radiocarbono moderno; (c) la corrección para el fraccionamiento isotópico de la muestra a un valor normalizado o de -25,0 por mil en relación con la proporción de carbono-12/carbono-13 en el estándar de carbonato VPDB (las belemnitas del Cretácico de la formación Pee-Dee, en Carolina del Sur); (d) cero BP (antes del presente) es definido como 1950 DC; y (e) el supuesto de que los niveles mundiales de radiocarbono son constantes.
Los errores estándar también se comunican con el resultado de la datación por radiocarbono, de ahí el “±” en los valores. Estos valores se han obtenido por medios estadísticos.
El físico químico estadounidense Willard Libby dirigió un equipo de científicos después de la II Guerra Mundial para desarrollar un método que midiese la actividad del radiocarbono y se le atribuye el haber sido el primer científico que sugirió que el isótopo inestable del carbono, denominado radiocarbono o carbono-14, pudiese existir en la materia viva.
Libby y su equipo de científicos publicaron un artículo que resumía la primera detección de radiocarbono en una muestra orgánica. Asimismo, Libby midió por primera vez la tasa de decaimiento del radiocarbono y estableció que su vida media era de 5.568 años ± 30 años.
En 1960, Libby fue galardonado con el Premio Nobel de Química en reconocimiento a sus esfuerzos por desarrollar la datación por radiocarbono.
Referencias:
1. American Chemical Society National Historic Chemical Landmarks. Discovery of Radiocarbon Dating (accessed October 31, 2017).
2. Sheridan Bowman, Radiocarbon Dating: Interpreting the Past (1990), University of California Press
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Este vídeo forma parte del webinario de Beta Analytic: Una introducción al análisis de isótopos estables
