El elemento químico que reordenó la historia

Antes de que apareciera la datación por carbono-14, la historia de la humanidad estaba desordenada. Teníamos fósiles, vasijas y muestras de todo tipo, si bien no sabíamos exactamente de cuándo procedían. Pero en 1949, Willard Libby inventó una manera de datar objetos con una precisión nunca vista. Se trataba de la técnica de datación por carbono-14, y revolucionó la historia. Una década más tarde, Libby ganaría el Premio Nobel de Química por su descubrimiento.

Desde que, en 1950, se dataron los Manuscritos del Mar Muerto, claves en el surgimiento del Cristianismo, esta técnica ha permitido datar innumerables huesos y otros restos de organismos. Gracias a ella sabemos analizar las muestras halladas en cuevas y yacimientos y situarlas en la línea del tiempo. La datación por carbono-14 ha supuesto un antes y un después en la comprensión de nuestro pasado. Pero ¿cómo funciona?

El carbono es un elemento químico que está presente en todos los seres vivos. Para saber si un átomo es de carbono, de oxígeno, nitrógeno o cualquier otro elemento, contamos el número de protones que tiene en el núcleo. En el caso del carbono, son seis. Pero el núcleo contiene también otro tipo de partículas, llamadas neutrones. El carbono suele tener seis, pero a veces tiene ocho. Y adquiere el apellido numérico según la suma de protones y neutrones. De modo que el carbono-12 tiene 12 partículas en su núcleo, mientras que el carbono-14 tiene 14.

Aun con neutrones adicionales, el carbono-14 se combina con el oxígeno de la atmósfera para formar dióxido de carbono de la misma forma que lo hace el carbono-12. Y entre el dióxido de carbono que absorben las plantas se cuela también el dióxido de carbono-14.

El recorrido del carbono

Los animales ingieren los átomos de carbono-14 a través de las plantas que comen. Pero si el animal muere, ya no adquiere más carbono-14. Es más, átomo a átomo se van desintegrando. Cada vez que esto ocurre, se emite un electrón. ¿Cada cuánto tiempo se desintegra un átomo de carbono-14? Es imposible saberlo. No podemos predecir cuándo se desintegrará un átomo concreto. Pero sí sabemos cuánto tiempo tardan la mitad de los átomos de carbono-14 de una muestra en desintegrarse: 5.730 años.

Gracias a este dato, podemos contar cuántos átomos se desintegran en un periodo de tiempo y, así, calcular cuánto tiempo hace que la muestra dejó de adquirir carbono-14. Es decir, podemos datar la muestra.

Aunque, para hacer el cálculo, tenemos que saber si el nivel de carbono-14 en la atmósfera se ha mantenido constante a lo largo de los años o ha variado. Se suele asumir que, desde hace miles de años hasta 1950, el nivel de carbono-14 se mantuvo constante. Pero en la segunda mitad del siglo XX, los ensayos nucleares distorsionaron fuertemente estos niveles. En lugar de calcular la variación exacta, se prefiere tomar como referencia una muestra almacenada en el National Institute of Standards de Estados Unidos, que contiene la misma cantidad de carbono-14 que una muestra de madera de 1950.

Pero la datación por carbono-14 no es útil solo en arqueología. También se utiliza, por ejemplo, para conocer cuándo se formaron los sistemas rocosos, a través del polen extraído de los sedimentos. O bien en oceanografía: el carbono-14 que contenga un determinado pez está influida por su dieta, que a su vez refleja la composición química del agua y revela información sobre las corrientes oceánicas. Por no hablar de sus aplicaciones en hidrología, ciencia atmosférica o biomedicina.

Contando electrones

¿Cómo medir el carbono-14 de un organismo? Tradicionalmente se cuentan los electrones que emite la muestra al desintegrarse el carbono-14. Esta técnica se conoce como “recuento proporcional de gas” ya que la muestra se convierte primero en dióxido de carbono (que es un gas) antes de medir sus emisiones. Pero para que los resultados sean fiables se necesitan muestras grandes y un tiempo muy largo de medición.

En su lugar, se puede transformar la muestra en un líquido y agregar un contador que produce un destello de luz cada vez que detecta un electrón. Contando los destellos sabemos cuántos electrones se han emitido. Así funciona el recuento de centelleo líquido, que permite controlar mejor la contaminación de la muestra y permite determinar edades de hasta 30.000 años. Pero también requiere grandes muestras y mediciones largas.

Pero el método de conteo más moderno supera estas limitaciones. Se trata de la espectrometría de masas con aceleradores y, en lugar de contar electrones, cuenta directamente el número de átomos de carbono y calcula cuántos son de carbono-14 respecto al total. Los beneficios son claros: basta con unos pocos miligramos de muestra, puede datar restos de hasta 60.000 años atrás, y los análisis se realizan mucho más rápido.

Necesitamos alternativas

Dicho esto, no todo son ventajas en la datación por carbono-14. Para que un material pueda datarse usando esta técnica, tiene que haber absorbido carbono-14 hasta un cierto punto, y posteriormente tiene que haber dejado de absorberlo. Este es, claramente, el caso de las muestras orgánicas, que adquieren carbono-14 durante su vida pero dejan de hacerlo cuando mueren. Algunos materiales orgánicos entran también en esta categoría, si durante su formación mineral asimilaran carbono-14 en equilibrio con la atmósfera.

Pero otras materias no se pueden datar de esta manera. La mayoría de los sedimentos, la lava o la cerámica no permiten este análisis. Además, con el carbono-14 se pueden determinar edades de hasta 60.000 años, pero algunas muestras son claramente más antiguas. ¿Cómo proceder en estos casos?

La principal solución es la datación por termoluminiscencia. Sirve para datar materiales cristalinos como la cerámica, y también para la lava y los sedimentos si estuvieron expuestos a mucha luz solar. Estos materiales sufrieron un gran calentamiento que afecta sobre todo a los electrones que contiene el material. Algunos quedan atrapados en la estructura interna de la muestra, y se pueden liberar, soltando energía, si se vuelve a calentar el material. Midiendo esta energía (en forma de luz) se puede saber cuándo se formó la muestra. Es decir, se puede datar.

Aunque, en ocasiones, la termoluminiscencia no es tan precisa como el carbono-14, permite llegar mucho más atrás en el tiempo, incluso hasta hace 200.000 años. Es gracias al conocimiento detallado de los procesos físicos que ocurren dentro de los materiales que podemos poner orden en la historia de la humanidad.

QUE NO TE LA CUELEN:

• La desintegración del carbono-14 es un fenómeno radiactivo, pero no es dañino para la salud. Sí es cierto que algunos elementos radiactivos (como el uranio, el polonio o el radio) son muy peligrosos, ya que emiten grandes cantidades de radiación muy dañina. Por eso se deben manipular con grandes medidas de seguridad, como se hace en las centrales nucleares. Sin embargo, no hay suficiente carbono-14 en la atmósfera como para que la radiactividad suponga un peligro para nuestra salud.

REFERENCIAS (MLA):

• Willard F. Libby – Nobel Lecture. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2021.https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1960/libby/lecture/
• “How Do You Measure The Age Of Things?”. National Institute of Standards and Technology, 2021, https://www.nist.gov/how-do-you-measure-it/how-do-you-measure-age-things.