4BG-Naturalmente: A vueltas con el C-14

¿Cómo es posible saber la edad de un fósil? ¿Cómo se explica que un científico afirme que un objeto o los restos fósiles de un animal o una planta tengan, por ejemplo 30.000 años? Detrás de tales afirmaciones hay exhaustivos trabajos de investigación. Uno de los sistemas utilizados es el método del Carbono 14, aunque presenta una serie de problemas. El más elemental es que no es válido para datar fósiles de más de 50.000 años.

“Este fósil, de unos 27.000 años aproximadamente, lo encontramos en el yacimiento…”. Estas ficticias palabras puede haberlas pronunciado un investigador que, con casi total seguridad, ha datado la edad del fósil por el método del Carbono 14. Pero, ¿qué es el Carbono 14? ¿Por qué se utiliza para datar fósiles? Y más aún, ¿por qué es fiable este método?

El Carbono 14 es un isótopo del Carbono que se forma en las partes altas de la atmósfera, a partir del nitrógeno. Por tanto, el Carbono 14, está presente en la atmósfera. Las plantas, cuando hacen la fotosíntesis, fijan en su interior Carbono, y en él se incluye el isótopo llamado Carbono 14. A lo largo de toda su vida, las plantas fijan Carbono 14, y lo hacen hasta el momento en que mueren. A partir de su muerte, comienza el proceso de fosilización y, en él, empieza el proceso inverso: el Carbono 14 empieza a transformarse de nuevo en Nitrógeno.

Midiendo la cantidad de Carbono 14 y de Nitrógeno que hay en el fósil, se puede conocer la edad aproximada de ese fósil. La masa de Carbono 14 de cualquier fósil disminuye a un ritmo exponencial, que es conocido. Se sabe que a los 5.730 años de la muerte de un ser vivo la cantidad de Carbono 14 en sus restos fósiles se ha reducido a la mitad y que a los 57.300 años es de tan sólo el 0,01 % del que tenía cuando estaba vivo. Sabiendo la diferencia entre la proporción de Carbono 14 que debería contener un fósil si aún estuviese vivo (semejante a la de la atmósfera en el momento en el que murió) y la que realmente contiene, se puede conocer la fecha de su muerte.

Pero, ¿qué pasa con los animales, que no hacen la fotosíntesis? Pues que sólo pueden fijar Carbono 14 cuando se alimentan de organismos que sí hacen la fotosíntesis. Más sencillo: los animales sólo cogen Carbono 14 cuando comen de las plantas. En el animal, cuando muere, empieza el mismo proceso que en la planta muerta. El Carbono 14 comienza a transformarse en Nitrógeno. Al medir la cantidad de Carbono 14 y de Nitrógeno se establece su edad.

Pero este método tiene sus limitaciones. El método del Carbono 14 vale sólo para un determinado intervalo de tiempo. Hasta 45.000 o 50.000 años.

Dificultades

No son pocas las dificultades a las que tienen que hacer frente los científicos que utilizan el sistema del Carbono 14. Lo cierto es que, para datar un fósil, han de tener en cuenta una serie de variables que dificultan el trabajo. Todas ellas han de tomarse en cuenta para que el resultado final del estudio sea lo más aproximado posible.

El primer problema que se presenta es que la concentración de Carbono que hay en la atmósfera en la actualidad puede no ser la misma que la que había cuando el animal murió. Para calcular la que había en aquel momento, se estudian, “por ejemplo, burbujas de aire que quedan dentro del hielo de la Antártica”.

“Cuando se calcula la edad a partir del Carbono se habla de años de radiocarbono, y se debe distinguir años de radiocarbono de años de calendario. Porque 14.000 años de radiocarbono no son lo mismo que 14.000 años de calendario”, asegura Jesús Rodríguez. Por eso, lo correcto es dar las dos cifras, “porque dentro de 20 años, a lo mejor se descubre que lo que datamos como 14.000 años de calendario realmente son 13.000”.

Pero hay más inconvenientes: que las tasas de transformación dependen de otra serie de variables, como las contaminaciones, o las alteraciones que ese fósil haya sufrido a lo largo de su vida como fósil.

Métodos de datación absoluta

IES Suel - Ciencias Naturales

Ley que rige el proceso de una desintegración radiactiva

La desintegración de un cuerpo radiactivo es un proceso estadístico; ello quiere decir que si consideramos un determinado átomo radiactivo no podemos conocer en qué momento tendrá lugar su desintegración, pero si tomamos un número muy grande de átomos de un mismo nucleido, podemos conocer la ley que, como promedio, sigue el conjunto en su desintegración.

Se demuestra que la probabilidad de que se desintegre un átomo radiactivo permanece constante a lo largo del tiempo. Ello se traduce en que al desintegrarse una sustancia radiactiva la cantidad de ella que no se ha desintegrado disminuye exponencialmente con el tiempo. Se llama período de semidesintegración, T, al tiempo que ha de transcurrir para que la cantidad de sustancia radiactiva se haya reducido a la mitad. El valor de T puede variar entre fracciones muy pequeñas de segundo (isótopos de vida corta) a millones de años (isótopos de vida larga). La ley matemática que recoge la desintegración radiactiva es N=No e-?t., siendo N0 la masa inicial del radionucleido existente, ? la constante de desintegración específica para cada elemento y t, el tiempo transcurrido. El período de semidesintegración T está relacionado con la constante de desintegración ? mediante la fórmula T= 0,693/?.

(Fuente)

Los núcleos están compuestos por protones y neutrones, que se mantienen unidos por la denominada fuerza fuerte. Algunos núcleos tienen una combinación de protones y neutrones que no conducen a una configuración estable. Estos núcleos son inestables o radiactivos. Los núcleos inestables tienden a aproximarse a la configuración estable emitiendo ciertas partículas. Los tipos de desintegración radiactiva se clasifican de acuerdo a la clase de partículas emitidas.

Desintegración alfa: El elemento radiactivo de número atómico Z, emite un núcleo de Helio (dos protones y dos neutrones), el número atómico disminuye en dos unidades y el número másico en cuatro unidades, produciéndose un nuevo elemento situado en el lugar Z-2 de la Tabla Periódica.

Desintegración beta: El núcleo del elemento radiactivo emite un electrón, en consecuencia, su número atómico aumenta en una unidad, pero el número másico no se altera. El nuevo elemento producido se encuentra el lugar Z+1 de la Tabla Periódica.

Desintegración gamma: El núcleo del elemento radiactivo emite un fotón de alta energía, la masa y el número atómico no cambian, solamente ocurre un reajuste de los niveles de energía ocupados por los nucleones.

Una sustancia radiactiva A -padre- que se desintegra en una sustancia estable B -hijo-. Si hay N núcleos radiactivos de la sustancia inestable A. Se introduce la constante de desintegración l. De la observación del proceso de desintegración podemos extraer las siguientes relaciones cualitativas:

La velocidad de desintegración decrece a medida que los núcleos radiactivos se van desintegrando.
No podemos predecir en que instante se desintegrará un núcleo concreto, ni qué núcleo se va a desintegrar en un determinado instante.

Cualquiera que sea el número de átomos de un mismo elemento radiactivo de que se parta, el tiempo que tiene que transcurrir para que ese número de átomos se reduzca a la mitad siempre es el mismo, sean pocos o muchos los átomos de partida. Pues bien, ese tiempo se llama periodo de semidesintegración, y es una característica de cada elemento radiactivo. Desde luego, un elemento que tenga un periodo de semidesintegración grande significa que tiene baja radiactividad. Periodo de semidesintegración infinito significa que el elemento no se desintegra. El uranio 235 tiene un periodo de semidesintegración de más de 700 millones de años. Eso significa que debe transcurrir ese tiempo para que un número cualquiera de átomos de ese uranio se reduzca a la mitad.

La velocidad de desintrgración suele llamarse actividad radiactiva. Y un becquerelios, cuyo símbolo es Bq, es la desintegración de un átomo por segundo. Unidades de radiactividad

(Fuente)

Fechado radiactivo

El isótopo ¹⁴C tiene un periodo de semidesintegración ( T_1/2 ) de 5730 años, lo que lo hace muy adecuado para fechar objetos de hasta 25000 años de antigüedad. El ¹⁴C está presente en la atmósfera como consecuencia de las reacciones nucleares producidas por los rayos cósmicos. Este isótopo del carbono, al igual que el otro isótopo, ¹²C, se combina con el oxígeno y forma CO₂. Los seres vivos intercambian continuamente CO₂ con la atmósfera, de forma que mientras están vivos mantienen constante la proporción de ¹⁴C y ¹²C, y su composición isotópica es la misma que la de la atmósfera que le rodea. (En cada gramo de carbono de nuestro cuerpo hay suficiente ¹⁴C para que se produzcan 15 emisiones beta por minuto). Cuando muere, cesa este equilibrio y la desintegración del ¹⁴C no es compensada con el carbono atmosférico.

La cantidad de ¹⁴C va disminuyendo con el tiempo, por lo que basta medir el número de desintegraciones que se producen por gramo de carbono para determinar la fecha en la que murió un organismo determinado.

Otros isótopos con T_1/2 más grandes se usan para fechar periodos de tiempos mayores. La serie radiactiva del ²³⁸U, por ejemplo, se puede usar para determinar la edad de las rocas en la Tierra. El método consiste en hallar la razón entre el ²³⁸U y su producto final, el ²⁰⁶Pb

Por ello, cuando se dice, por ejemplo, que el torio 238 tiene una semivida de 24´1 días, nos están diciendo que tarda ese tiempo en perder la mitad de su radiactividad.

ELEMENTO	SEMIVIDA	TIPO DE DESINTEGRACIÓN
Uranio 238	4´51x10⁹ años	Alfa
Uranio 234	2´48x10⁵ años	Alfa
Torio 234	24´1 días	Beta y Gamma
Radio 226	1620 años	Alfa y Gamma
Radón 222	3´82 días	Alfa
Polonio 218	3´05 minutos	Alfa
Polonio 214	1´64x10^-4 segundos	Alfa

(Fuente)

Familias radiactivas

Si el periodo de semidesintegración del radio es de sólo 1600 años, ¿cómo es posible que fuera descubierto en la pechblenda (mineral de uranio) por el matrimonio Curie si la edad de la Tierra es lo suficientemente grande como para que ya no hubiera ni rastro de elemento?

Se puede comprobar que con ese periodo de semidesintegración, de una muestra inicial en la tierra de N₀ átomos de radio, en 4500 millones de años, el número de átomos habría bajado en un 99’999982%, es decir, sería indetectable. Marie y Pierre Curie procesaron varias toneladas de pechblenda para obtener un gramo de radio, pero con el porcentaje calculado la cantidad debería haber sido mucho mayor.

La respuesta está en que el radio-226 que actualmente hay en la pechblenda es un núcleo resultado de una desintegración radiactiva del torio-230 que a su vez procede de la desintegración radiactiva del uranio-234, que a su vez procede de la desintegración radiactiva del protoactino-234, que a su vez procede de la desintegración radiactiva del torio-234 que, por fin, procede de la desintegración radiactiva del uranio-238. El radio-226 va apareciendo en el mineral a medida que se van desintegrando sus “progenitores”. El primero de la lista, el uranio-238, tiene un periodo de semidesintegración de 4’51 · 10⁹ años, lo suficientemente grande como para ser responsable de que todavía exista el radio-226.

Una serie radiactiva, también familia radiactiva, es una serie encadenada de desintegraciones radiactivas que desembocan en un núcleo estable no radiactivo. En la naturaleza hay 4 series radiactivas que se nombran atendiendo al núcleo que empieza la serie. Existen además un gran número de series radiactivas artificiales.