¿Por qué la datación por Carbono-14 no sirve para muestras modernas?

Seguro que has oído alguna vez que se ha usado la “prueba del carbono-14” (C-14) para determinar la antigüedad de alguna muestra biológica, como restos humanos, una pieza de madera o incluso fibras de tejido (como la “sábana santa” de Turín).

El método funciona perfectamente para restos de hace 20 mil años, pero no para los de hace sólo 50 o 60 años. ¿Te imaginas por qué?

Explicación corta

Tan corta, que con una sola imagen de la estupidez humana basta:

Imagen: | Una de las pruebas nucleares de la Operación Crossroads (verano de 1956)

 Explicación larga

Como seguro sabrás, un mismo elemento químico viene en la Naturaleza en distintos “sabores”, con la particularidad de que todos ellos parecen idénticos, reaccionan con las mismas sustancias, etc. Solamente se diferencian entre sí, muy ligeramente, en sus masas atómicas. Son los isótopos de un elemento.

El aire que expulsas al respirar está lleno de dióxido de carbono (CO2), proveniente de la “quema” (reacción con oxígeno, O2) de moléculas ricas en carbono (C) que el cuerpo utiliza para sacar la energía que nos mantiene vivos. Ese carbono, en forma de glucosa o de hidratos de carbono, viene a su vez de lo que comemos que, en última instancia, se origina en las plantas que lo capturan del aire al realizar la fotosíntesis.

Por lo tanto, con cada respiración estás cerrando un largo ciclo, devolviendo a la atmósfera el carbono fijado por plantas dios sabe dónde hace semanas o meses. Lo mismo, pero a escalas industriales y remontándonos al carbono fijado hace millones de años es lo que ocurre al quemar carbón o petróleo.

Imagen: | El ciclo del carbono (créditos)

Lo curioso de este ciclo es que no importa qué isótopos del elemento carbono formen parte de él: ni las plantas ni tu cuerpo discrimina entre ellos, ya que todos le parecen iguales. ¡Recuerda que los isótopos son todos químicamente idénticos!

Por tanto, cabe esperar que el carbono fijado por las plantas contenga, de media (pero de forma muy precisa), la misma proporción de isótopos que el aire de la atmósfera. De los tres isótopos que se encuentran en la naturaleza, el C-12 y el C-13 son estables y representan el 99% del carbono en la Tierra. El 1% restante es radiactivo y, como adivinarás, es el famoso C-14.

Durante la vida de las plantas y animales, estamos continuamente intercambiando carbono con el entorno, por lo que lo normal es que mantengamos un porcentaje de C-14 aproximadamente constante en relación al resto de isótopos, e igual al porcentaje de equilibrio que existe en la Tierra.

Pero al morir, el intercambio cesa y solamente queda la desintegración radiactiva de tipo decaimiento beta por la que el C-14 se convierte, por arte de magia, en nitrógeno.

El proceso de desintegración es aleatorio, pero sigue un patrón perfectamente conocido. Así que si medimos el porcentaje de C-14 que queda en una muestra y conocemos la concentración inicial (la de la última atmósfera que respiró el ser vivo antes de morir) es cuestión de matemáticas despejar el tiempo de la ecuación y voilà, ¡hemos averiguado los años que lleva muerta nuestra muestra!

La pega está, claro, en saber cómo era la atmósfera de tiempos pasados. Los científicos creen que, exceptuando variaciones menores debidos a cambios en el sol y en el clima, el porcentaje de C-14 se ha mantenido bastante estable durante decenas de miles de años… hasta la década de 1950, época en que comenzó la estúpida carrera por ver qué país explotaba la bomba nuclear más gorda en nuestra propia atmósfera.

Imagen | Número de pruebas de detonaciones nucleares en el siglo XX (créditos)

Con cada detonación se liberaron al aire numerosos isótopos radiactivos, muchos de corta vida, y otros como el C-14, de no tan corta (~5700 años de vida media). Durante unos años, la concentración en el hemisferio norte casi llegó a duplicarse.

Lo peor, a efectos de datación mediante C-14 es la gran incertidumbre sobre cuáles fueron los niveles medios del isótopo en cada lugar del planeta durante la segunda mitad del siglo XX, ya que un valor casi constante durante milenios de pronto estaba pegando brincos por semanas. Y sin un valor inicial fiable, la concentración medida en una muestra bajo estudio no nos dice absolutamente nada.

Imagen: | Medidas en los dos hemisferios de la concentración de C-14. Un 1000 significa un incremento al doble del valor de referencia. (fuente)

¿Cuándo dirías que se firmó el primer tratado internacional de prohibición de ensayos nucleares? Fue en 1963, así que imagina hasta dónde podría haber llegado la concentración de isótopos de haber continuado la loca carrera nuclear.

Extras (solo para quisquillosos)

Extra 1: Para los que quieran saber un poco más sobre los métodos para medir cuánto C-14 hay en una muestra, podéis ver esta página donde resume el método “barato” de extracción del carbono por medios químicos. Existe una alternativa, mucho más cara pero más precisa y que permite trabajar con muestras de miligramos, basada en espectroscopia de masas con la luz de un acelerador de partículas.

Extra 2: Quizás te hayas percatado de un punto importante que me he saltado arriba: ¿si el C-14 es inestable, cómo puede existir un equilibrio en la atmósfera? ¿No debería existir alguna fuente de C-14?

Efectivamente, esa fuente natural de C-14 existe y se debe a las reacciones (nucleares) que tienen lugar en las capas altas de la atmósfera. Los rayos cósmicos generan reacciones en cadena al chocar con los núcleos de las moléculas del aire, y algunos de los neutrones que salen despedidos a toda velocidad chocan con núcleos de nitrógeno y se transforman (¡magia de la física!) en carbono, del tipo C-14.

¡Para esta lluvia no hay paraguas que valga! | (fuente)

Extra 3: Realmente, no es imposible datar una muestra posterior al año 1950 por medio del C-14. Pero además del problema de obtener valores de referencia precisos existe una complicación añadida: para un extenso rango de valores de concentraciones existen dos o más “picos de probabilidad” (distribución de probabilidad multimodal) sobre potenciales dataciones.

Como se ve en la gráfica, para un valor medido (una línea horizontal) se cortaría a la gráfica de concentraciones en más de un punto, como el ejemplo que no podríamos saber si data de ~1963 o de ~1985:

Ejemplo de datación post-bombas atómicas. | Fuente: “Discussion: reporting and calibration of post-bomb 14C data”, Reimer, P.J., Brown, T.A., Reimer, R.W. (2004) (PDF)

Extra 4: Otra complicación más para dataciones recientes proviene de la quema de combustibles fósiles, que están liberando a la atmósfera isótopos C-14 que llevaban encerrados bajo tierra millones de años.

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Este artículo participa en los Premios Nikola Tesla de divulgación científica y nos lo envía Jose Luis Blanco. Como él mismo nos explica en su mail: “Soy Doctor de los que no curan e Ingeniero en Telecomunicaciones, y actualmente trabajo como profesor en la Universidad de Málaga. Con una probabilidad del 99,7% controlo temas de estimación estadística y sus aplicaciones a robótica y visión por ordenador, aunque me encanta divulgar sobre cualquier rama de la física o las matemáticas“. Puedes visitar su blog Ciencia explicada y seguirlo en twitter en @BlogCienciaExpl.

23 Comentarios

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TonyTony

Excelente articulo. Me ha aclarado algunos conceptos que hasta ahora tenia pendientes de estudio. Gracias!

ManuelManuel

Respecto al ultimo punto sobre los combustibles fósiles…

Si estan en depósitos subterráneos dónde la generación de C14 por los rayos cósmicos es nula, despues de millones de años, la concentracion de C14 sera casi cero…no?

Gracias

TheTouristTheTourist

Eso tenia entendido yo.
Los combustibles fósiles se supone que no tienen C14

albertitoalbertito

Pero los materiales fósiles animeles y vegetales, así como el petroleo, si tienen C14 ya que han recibido esta radiacción de forma proporcional a su atmosfera durante el tiempo que estubieron en la superficie. Al menos eso he entendido.. jaja.
un saludo gente! :)

ManuelManuel

Bueno, supongo que en lo que si puede afectar es aumentando el C12 y por tanto disminuyendo la concentracion de C14..

Gracias.

Ontureño

Es artículo está muy claro, pero sólo por ser puntilloso… no creo que el petróleo tenga mucho C14 precisamente por llevar enterrado millones de años. Y aunque es hilar muy fino sí hay unas pequeñas diferencias químicas entre diferentes isótopos que las plantas pueden percibir. De hecho, las variaciones en las concentraciones de C13 se usa como un indicador climático. Por ejemplo aquí:

http://www.skepticalscience.com/Pape...istory.html

César

[Aquí, la madre de todos los kiskillosos-tikismikis]

En lo que sigue no pretendo ser exhaustivo, sino sólo señalar algunos puntos que, sin perder un ápice del carácter divulgativo del texto, pueden expresarse con algo más de rigor en beneficio de una cultura científica con buenos fundamentos.

1) “o incluso fibras de tejido” => de origen vegetal. Existen tejidos artificiales no datables por C-14

2) “Solamente se diferencian entre sí, muy ligeramente, en sus masas atómicas.” => Esta generalización no es cierta. La diferencia en la masa atómica de los isótopos de un elemento varía con el número atómico. En el caso de C-12 y C-14 la diferencia es de un 16,7%; pero si nos vamos al hidrógeno la diferencia entre deuterio y protio es del 99,8%. La diferencia en el potasio (K-41, K-39) todavía es de un 5%. Esto tiene sus consecuencias, como vemos más abajo.

3) “ya que todos le parecen iguales. ¡Recuerda que los isótopos son todos químicamente idénticos!” => La primera frase es cierta, la segunda es falsa. A mi los ciudadanos chinos me pueden parecer iguales pero el hecho cierto es que no lo son. Las diferencias en masas de las que hablábamos en “2″ hacen que existan comportamientos distintos en fenómenos de difusión, lo que afecta al número de interacciones con otras moléculas, lo que afecta a las velocidades de reacción. Es lo que se llama efecto isotópico cinético http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_...n%C3%A9tico. Por otra parte y desde el punto de vista mecanocuántico la masa del núcleo afecta a las energías rotacionales de los electrones, lo que hace que tengan interacciones con la radiación infrarroja diferentes. Este efecto es lo suficientemente intenso como para que se use en radioastronomía para distinguir isótopos del carbono en nubes interestelares.

4) ” decaimiento beta” => Esto es un barbarismo innecesario: “desintegración beta”

5) “el C-14 se convierte, por arte de magia, en nitrógeno” => Por arte de magia, no. Por desintegración beta.

6) “De los tres isótopos que se encuentran en la naturaleza, el C-12 y el C-13 son estables y representan el 99% del carbono en la Tierra. El 1% restante es radiactivo y, como adivinarás, es el famoso C-14.” => Incorrecto: C-12 es el 98,93%, el C-13 1,07%. Si sumamos vemos que obtenemos 100%. ¿Y el C-14? Está en los decimales que no he escrito. Los químicos decimos que está a nivel de traza; en este caso menos del 10^(-10)% Véase: http://es.wikipedia.org/wiki/Carbono-14

7) “Extra 4″ => Es exactamente AL REVÉS. Démonos cuenta que los combustibles fósiles son eso, fósiles. El C-14 que pudiesen contener ¡se habrá desintegrado!. La quema de combustibles fósiles tiene el efecto de diluir el contenido del C-14 y C-13 de la atmósfera. Este fenómeno se llama efecto Suess, por el químico suizo Hans Suess que lo describió por primera vez.

Y como 7 es un número tan bonito, aquí lo dejo. Hay más para quien quiera buscar.

albertitoalbertito

La madre de todos los quisquillosos, eso seguro, pero gracias por las aclaraciones! este tema me encanta.

Antonio RubinosAntonio Rubinos

Estimado José Luis:

El artículo contiene algunos errores importantes:

1.- La proporción de los isótopos en la naturaleza es: C-12 98,89%; C-13:1,11%; C-14: 10-10% es decir, existe 1 átomo de C-14 por cada billón de átomos de C-12, y no el 1% que dices.
2.- Aunque es cierto que químicamente los isótopos son indistinguibles, está demostrado que existe un efecto de “fraccionamiento” o variación en la relación isotópica del carbono bajo ciertas condiciones naturales en función del peso atómico. El isótopo C-14 es aproximadamente un 15% más pesado que el C-12 y en ciertos procesos bioquímicos, como la fotosíntesis, los isótopos más ligeros se incorporan de forma preferente en la materia. Por ello, es necesario medir la relación isotópica C12/C13 de la muestra que se va a datar y mediante un determinado cálculo hallar el fraccionamiento isotópico de la muestra en concreto. Para que te hagas una idea, una variación del 1 por mil del valor estándar estimado en -25 por mil equivale a una variación en la edad de 16 años.
3.- Es completamente erróneo que la proporción de isótopos 12-13-14 haya sido constante a lo largo de la historia. Aunque como primera aproximación es válida, se ha demostrado que la producción de C-14 ha variado de forma significativa con el tiempo. Puesto que como explicas, el C-14 se produce por la colisión de rayos cósmicos en las capas altas de la atmósfera, la variación en la cantidad de estos rayos que llegan a la Tierra ha producido que en diferentes periodos de la historia se hayan producido distintas cantidades de C-14. Por ello, todas las fechas obtenidas mediante C-14 necesitan ser “calibradas”, es decir, comparadas respecto de una curva patrón que se ha determinado midiendo la cantidad de C-14 que queda en anillos de árboles datados por dendrocronología.
4.- Empleas de forma incorrecta el término “vida media”, lo cual es muy habitual cuando se habla de radiactividad. Vida media es el promedio de vida que tarda un núcleo en desintegrarse, como citas en el enlace de Wikipedia. Para el C-14, la vida media es de unos 8.000 años A lo que tu te refieres es al periodo de semidesintegración, o semivida, que es el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de una determinada cantidad de un isótopo radiactivo. Para el C-14 su periodo de semidesintegración sí es de 5700 años.
5.- Por último, al contrario de lo que dices, el bomb-peak (término por el que se conoce el súbito incremento de isótopos a lo largo de la década de los 50 del siglo pasado) sí permite realizar dataciones muy precisas, de uno o dos años, lo que es impensable para muestras prehistóricas. Un ejemplo: nuestro laboratorio ha participado en la datación de un lienzo supuestamente de un pintor que se hizo relativamente famoso después de su muerte. Como explicas, obtuvimos dos picos: el más antiguo, en torno a los años 50, se descartó porque el pintor era muy pequeño; el segundo pico, en torno al los años 90 ya había fallecido. Por tanto, era una falsificación.

Para más información sobre el método de datación por carbono-14:

- Taylor (1987) Radiocarbon dating. An archaeological perspectiva. Academic Press
- Bowman (1990) Radiocarbon dating. Interpreting the past. British Museum Publications
- Rubinos (2009) Límites de la Geocronología en el estudio de yacimientos de época histórica. Munibe nº 60, 331-347. [barriendo para casa ;)]
- http://www.radiocarbon.org (revista sobre las aplicaciones del C-14)
- http://www.c14dating.com

Un cordial saludo,

Antonio Rubinos
Laboratorio de Geocronología
Instituto de Química-Física Rocasolano-CSIC

chemist

Siguiendo siendo quisquillosos anadir a lo anteriormente sugerido que el t’ermino correcto es espectrometr’ia de masas (como bien enlazas) y no espectroscopia. Espectroscopia hace referencia a la interacci’on entre radiaci’on y materia (cosa que no ocurre en un espectr’ometro de masas).

CarlosCarlos

Pues yo siempre había pensado que la datación por carbono 14 no puede utilizarse en muestras modernas debido a su periodo de semidesintegración de unos 5700 años. Si la muestra tiene una edad cercana a esa o mayor es “fácil” medir la variación en la proporción de carbono 12 a carbono 14. Si la muestra tiene poco tiempo es muy difícil medir esa variación ya que será pequeñísima y la incertidumbre será muy grande.

Jose Luis

Buenas,

Soy Jose Luis, el autor de la entrada. Gracias por los comentarios y por las críticas constructivas.

Esto es lo bueno de que te lea mucha gente: que entre ellos siempre hay expertos de lo que sea… ¡y no hay nada como la revisión por pares! ;-)

Saludos.

josemarijosemari

La mentalidad científica de los lectores se aprecia tanto en las críticas al artículo como en la reacción del autor. Imaginaos la misma situación hablando de política, fútbol, religión… Aunque, claro, ahí es difícil aportar evidencias. ¡Gracias!

GabrielGabriel

Voy a poner palos en la rueda.
Creo que el carbono-14 no solo no sirve solo para muestras modernas, de las que sabemos que han sufrido cambios por explosiones atómicas; sino que tampoco sirve para muestras antiguas, ya que no podemos afirmar con total certeza que no haya habido acontecimientos de estas características que no conozcamos antes de la historia documentada, incluso provocados por causas naturales.
¿Que opina la concurrencia?

AndreaAndrea

Yo tenia la idea (creo que popular) de que el C14 no se podia usar en muestras mas nuevas debido al error: Que el fosil tenga 15000 +-100 años no es lo mismo que decir que tenga 20 +-100!!

EnriqueEnrique

Gabriel:
Te lo han explicado más arriba, en las dataciones por 14C se utiliza una curva patrón que tiene en cuenta, y por lo tanto elimina de la estimación, las variaciones de 14C atmosférico (y otros factores). En esencia datación real por 14 no depende tanto del ritmo de desintegración y la precisión de la medida de la semivida (5700 años) sino que se compara el nivel de 14C en una muestra desconocida con el nivel de 14C en un patrón de edad conocida por otras fuentes:
a) Fuentes históricas (trozos de madera o papel que sabemos cuándo fueron cortados)
b) Dendrocronología: hay gente con paciencia para ir contando anillos anuales de arboles, que “casan” con los de otro árbol más viejo, y coinciden parcialmente con otro todavía más viejo y así, “enganchando” árbol tras árbol, contar uno-a-uno 50-60.000 años.
De esos anillos de árboles que corresponden a un año CONTABLE (1,2,3,4…) se puede obtener una muestra que da un nivel de 14C: poco importa si los niveles han sido variables: la curva patrón no será recta pero establece una relación unívoca entre una fecha y una ratio 14C, que es lo necesario para la datación.

Jesús R.

Muy interesante, gracias. El único matiz, aunque supongo que no afectará a la conclusión, es que lo cierto es que a las plantas no les da igual el isótopo de carbono, sino que prefieren los isótopos ligeros (C12). De hecho, la disminución del ratio C13/C12 observada en la atmósfera durante el s. XX es una huella isotópica de que el aumento de CO2 durante el s XX procede de la quema de combustibles fósiles, que en su día fueron plantas. De hecho existe correlación entre la variación de dicho ratio y las emisiones humanas de CO2.

Más info aquí:
http://www.realclimate.org/index.php...es-updated/

O en la Figura 2 de estos dos artículos:
http://www.skepticalscience.com/huma...mediate.htm
http://www.skepticalscience.com/its-...mediate.htm
Que en realidad viene de la Figura 2.3.b del IPCC 2007:
http://www.ipcc.ch/publications_and_....html#2-3-1

Eduardo LagosEduardo Lagos

Aclaración:

Lo de la Sábana Santa es un anacronismo. Ya enel Simposio Internancional de París de 1989, se verificaron tantas anomalías de procedimiento, que se consideró nulo como prueba concluyente. Por lo demás, el químico Raymond Rogers (+), en su estudio 2003/2005 halló la prueba irrefutable de que la datación del famoso Sudario, se hizo… sobre un parche, efectuado en un incendio de 1532. Por tanto, las propiedades químicas del cuerpo principal de dicho lienzo y las de ese remiendo, son totalmente diferentes, y por tanto la conclusión es que la datación de 1988 NO ES VALIDA.
El orbe científico descarta en general la validez de esta datación.
En internet hay material abundante. En el Simposio Cient{ifico Internacional deRoma (1993), se la dio status cient{ifico al reconocimiento del sujeto histórico como “Jesús de Nazaret”, y al lienzo funerario como el que realmente envolvió su cuerpo en el siglo l. El Simposio Internacional Síndone 2000 (Orvieto), ratifica lo anterior.

Eduardo Lagos
CILT-Comisión de Informe sobre el Lienzo de Turíin, Buenos Aires
DIRECTOR

ascetaasceta

Si se hizo sobre un parche, y el parche se puso en 1532, y la muestra lo data sobre esa época…. ¿por qué no se hace una prueba sobre un trozo de verdad?

Parece que la prueba de datación es bastante fiable…

ailenailen

es muy completa la información gracias me sacaste de un apuro adios jaaaaaaaajajajaja <3

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