Artículo redactado por Jesús Mesian y Ammu.
Cuando hablamos de fósiles en el anterior artículo, no hablamos de cómo averiguar la época en la que vivieron, y para ello nos referimos a los métodos utilizados por los científicos para saber la edad de estos y de las rocas.
Tras conocer qué son, cómo se forman y qué tipo de fósiles existen (como ya vimos artículo ). Con ello pudimos entender un poco mejor a qué se dedica la paleontología, pero ahora debemos preguntarnos ¿Cómo saben los paleontólogos la edad de las rocas y fósiles hallados?
Para ello, los científicos pueden usar distintos métodos, los cuales se denominan dataciones. Adéntrate conmigo a descubrirlo.
¿Qué es una datación?
La datación es el hecho de atribuir un tiempo o una fecha a un suceso o a un objeto. Para ello se han ido desarrollando con el tiempo diferentes métodos que han sido o son todavía utilizados por una o más disciplinas.
¿Qué es el carbono 14?
El carbono-14 es un isótopo de carbono débilmente radioactivo; también se conoce como radiocarbono, y es un cronómetro isotópico. Es decir, que nos permite saber la edad de una roca. Es más, está técnica de datación por radiocarbono es solamente aplicable a materiales orgánicos y a algunos materiales inorgánicos (no es aplicable a metales). El recuento proporcional de gas, el recuento de centelleo líquido, y la espectrometría de masas con aceleradores son los tres principales métodos de datación por radiocarbono.
Figura 1. Comparativa de los isótopos del carbono 12 y 14 respectivamente.
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 sobre su presente y su pasado.
La arqueología y la paleontología especialmente, entre 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.
Técnicas de medición del Carbono-14
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 obstante, 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.
Historia y normas de la datación con Carbono-14
La norma principal moderna usada por laboratorios de datación por radiocarbono fue el Acido Oxálico I obtenido del National Institute of Standards and Technology de 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.
Figura 2. Estructura química del ácido oxálico.
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.
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. 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.
Métodos de datación
Hoy en día los métodos de datación se han venido clasificando en dos tipos diferentes: los métodos de datación relativa y los métodos de datación absoluta.
Figura 3. Comparación de los métodos de datación relativa y absoluta.
Datación relativa
De una manera general puede decirse que los métodos de datación relativa se basan en la observación de objetos o elementos entre los que hay una relación de anterioridad y de posterioridad. Por lo tanto, no permiten determinar de manera fiable, sino muy aproximada y especulativa, una datación determinada en una escala de tiempo. Antes de la llegada de los métodos de datación absoluta, la estratigrafía (resultante de la observación de las capas estratigráficas de las rocas) era un método de datación relativa abundantemente utilizado en arqueología, geología y paleontología. Pues a partir de la ubicación relativa de los fósiles es posible estimar las edades de unos con respecto a otros, según su posición en la secuencia de capas de sedimento. Entonces, se infiere que los fósiles encontrados en las capas de sedimento más profundas van a ser más antiguos, y los que se encuentren por encima van a ser más jóvenes.
Figura 4. Esquema representativo de la escala estratigráfica de la edad de la tierra con los fósiles más representativos dibujados.
Datación absoluta
Los métodos de datación absoluta son químicos, pues brindan la edad que tiene el resto fósil o la roca que lo contiene. En este caso, se utilizan diferentes indicadores químicos, y cada uno sirve para un rango de tiempo preciso. El más conocido es el método de Carbono 14 que permite datar restos de hasta 70 mil años de antigüedad. Pero hay otros que pueden estimar tiempos de un rango mucho mayor y llegan a calcular edades de miles de millones de años, que se remontan hasta el origen de la Tierra.
En el momento que un organismo muere, la proporción entre sus isótopos de carbono comienza a cambiar. La cantidad de Carbono-12 se mantiene igual que cuando estaba vivo pero la cantidad de Carbono-14 disminuye debido a la inestabilidad de este isótopo.
Lo que le sucede al Carbono-14 es que, al ser inestable, transforma uno de sus neutrones en un protón. Esto es lo que se conoce como proceso de decaimiento, convirtiéndose en un isótopo de Nitrógeno-14 que sí que es estable. El Carbono-14 es lo que se denomina el isótopo padre, y el Nitrógeno-14 es el isótopo hijo.
La cantidad de Carbono-14 de un resto orgánico se reduce de manera exponencial, formando una curva. El Carbono-14 tarda 5.730 años en reducir a la mitad su cantidad en la muestra, lo que se conoce como semivida o periodo de semidesintegración.
Esto significa que 5.730 años después de haber muerto el organismo, sus restos tendrán la mitad de Carbono-14 que cuando vivía; y que cuando pasen otros 5.730 años (a los 11.460 años de haber muerto) el resto tendrá la mitad de la mitad del Carbono-14 original o, lo que es lo mismo, un cuarto del Carbono-14 original.
Llegará un momento en que todo el Carbono-14 original del resto biológico se haya transformado en Nitrógeno-14, el isótopo padre se agota y solo existe isótopo hijo. La datación por radiocarbono deja de ser posible. Este es el caso de los dinosaurios que vivieron hace más de 65 millones de años y cuyos fósiles no conservan isótopos de Carbono-14.
De esta manera, gracias a la proporción entre el isótopo de Carbono-12 y el de Carbono-14 en el resto biológico podemos conocer cuánto tiempo ha pasado desde que el organismo murió hasta la actualidad, siempre que no haya sido hace más de 60.000 años aproximadamente, que es la edad máxima que podemos datar por este método.
Figura 5. Proceso de decaimiento del carbono 14 y su relación con el nitrógeno 14.El
Conclusión
El método de datación del carbono-14 está ampliamente extendido como técnica con evidencia científica de que puede darnos información sobre la edad de las rocas y de los fósiles que nos encontramos extintos. Permite, por tanto, que podamos reconstruir en una línea de tiempo la historia de nuestro pasado en la tierra, la historia de las especies de plantas y animales, y conocer por tanto nuestro pasado.
Conocer nuestro pasado nos ayudará para cuidar nuestro presente y proteger aún más el futuro.
Autores: Jesús Mesian y Ammu Neuroscience and Biology (incluida edición).
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
3. Geolodia Avila. 2019. Método de datación. URL: https://geolodiaavila.com/2019/04/03/metodo-de-datacion-por-radiocarbono-o-carbono-14/#:~:text=La%20t%C3%A9cnica%20conocida%20como%20%C2%ABCarbono,los%20f%C3%B3siles%20o%20el%20carb%C3%B3n.
4. Museo de la Plata. Datación absoluta. URL: https://www.museo.fcnym.unlp.edu.ar/home/evidencias-de-vida-del-pasado-344#:~:text=Los%20m%C3%A9todos%20de%20dataci%C3%B3n%20absoluta,de%20hasta%2070%20mil%20a%C3%B1os.
6. Imagen del ácido oxálico extraída de: https://www.colaboracioncientifica.es/wp-content/uploads/2020/01/1200px-Oxals%C3%A4ure3.svg_.png
7. Imagen comparativa de las dataciones relativa y absoluta extraída de: https://es.images.search.yahoo.com/search/images;_ylt=AwrEri.IVKllWrIFMKmV.Qt.;_ylu=c2VjA3NlYXJjaARzbGsDYnV0dG9u;_ylc=X1MDMjExNDcxNDAwNQRfcgMyBGZyA21jYWZlZQRmcjIDcDpzLHY6aSxtOnNiLXRvcARncHJpZANCbzBvU3o5UlI4R0wyaGZQVWNKYVJBBG5fcnNsdAMwBG5fc3VnZwMxBG9yaWdpbgNlcy5pbWFnZXMuc2VhcmNoLnlhaG9vLmNvbQRwb3MDMARwcXN0cgMEcHFzdHJsAzAEcXN0cmwDMjgEcXVlcnkDZGF0YWNpb24lMjBhYnNvbHV0YSUyMHklMjByZWxhdGl2YQR0X3N0bXADMTcwNTU5NjA1Nw–?p=datacion+absoluta+y+relativa&fr=mcafee&fr2=p%3As%2Cv%3Ai%2Cm%3Asb-top&ei=UTF-8&x=wrt&type=E210ES91082G0#id=1&iurl=https%3A%2F%2Fimage.slidesharecdn.com%2Fdatacinesengeologa-130519070256-phpapp01%2F95%2Fslide-3-1024.jpg&action=click
8. Imagen esquemática de la escala estratigráfica con fósiles imagen extraída de: https://es.images.search.yahoo.com/search/images?p=imagen+de+fosiles+en+escala+estratigrafica+creative+commons&fr=mcafee&type=E210ES91082G0&imgurl=https%3A%2F%2Fs3.eu-west-3.amazonaws.com%2Foxyblog.club%2Fwp-content%2Fuploads%2F2022%2F02%2F23154454%2Feras-y-periodos-geologicos-scaled.jpg#id=12&iurl=https%3A%2F%2Fs3.eu-west-3.amazonaws.com%2Foxyblog.club%2Fwp-content%2Fuploads%2F2022%2F02%2F23154454%2Feras-y-periodos-geologicos-scaled.jpg&action=click
9. Proceso de decaimiento del carbono 14 a nitrógeno 14 imagen extraída de: https://es.images.search.yahoo.com/search/images;_ylt=Awrig7JaWKllctsXPsaV.Qt.;_ylu=c2VjA3NlYXJjaARzbGsDYnV0dG9u;_ylc=X1MDMjExNDcxNDAwNQRfcgMyBGZyA21jYWZlZQRmcjIDcDpzLHY6aSxtOnNiLXRvcARncHJpZAM1MjF2V1dxUVFxZVNKc0phTDhxZWNBBG5fcnNsdAMwBG5fc3VnZwMwBG9yaWdpbgNlcy5pbWFnZXMuc2VhcmNoLnlhaG9vLmNvbQRwb3MDMARwcXN0cgMEcHFzdHJsAzAEcXN0cmwDMzMEcXVlcnkDcHJvY2VzbyUyMGRlJTIwZGVjYWltaWVudG8lMjBjYXJib25vJTIwMTQEdF9zdG1wAzE3MDU1OTcxOTg-?p=proceso+de+decaimiento+carbono+14&fr=mcafee&fr2=p%3As%2Cv%3Ai%2Cm%3Asb-top&ei=UTF-8&x=wrt&type=E210ES91082G0#id=22&iurl=https%3A%2F%2Fgeolodiaavila.files.wordpress.com%2F2019%2F03%2Fdecaimiento-1.jpg%3Fw%3D672&action=click
Más sobre los autores:
Jesús Mesian es un aficionado y apasionado de la paleontología y los dinosaurios, en su canal de twitch (@lacocinadesanji) lee noticias de paleontología y a leído muchos de los libros de Francesc Gascó (@pakozoico o @dinozoic) para ayudar a divulgar sobre estos temas que tanto le gustan. Ha querido colaborar con el proyecto de Ammu Neuroscience en este artículo.Ammu Neuroscience and Biology es el nombre del proyecto de Ana María Morón Usero, bióloga, neurocientífica y divulgadora científica, que creo este proyecto de divulgación y gestiona las redes sociales (@ammuneuroscien @ammuneuro @ammuneuroscien2 @ammuneuroscienceandbiology), creación y redacción de todo el contenido de las mismas, así como el canal de youtube (@ammuneuroscienceandbiology) y twitch (@ammuneuroscien). Escribiendo en medios como Lokicia, Microbacterium o el COBCM además, de este blog propio.
Que la ciencia y la fuerza os acompañe.
Jesús y Ammu.
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