La brujería científica de la datación por radiocarbono

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STodos los años, vuelvo a Chicago para ver algunos viejos amigos: artefactos, de hecho, sandalias antiguas para ser precisos.

TLas sandalias estaban en el Field Museum of Natural History en Chicago, Illinois, donde trabajé a principios de la década de 2000. Fueron encontradas en la cueva de Tularosa, Nuevo México, en 1950, y su construcción en estera de ratán aclaró quienes vinieron de los primeros nativos de esa región, un grupo que los arqueólogos llaman Mogollón (pronunciado MOH’-gee-yoan). Pero quería saber exactamente cuántos años tenían, así que volvía a recolectar muestras para la datación por radiocarbono.

BEn la sala 38 del museo, un espacio cavernoso que una vez albergó mi oficina, saqué una docena de fragmentos de sándalo de sus paquetes protectores de calidad de archivo. Los giré cuidadosamente en mis manos enguantadas, buscando un lugar discreto para cortar una pieza de 15 miligramos (más pequeña que la uña del dedo meñique). Recolecté cada muestra en un paquete pequeño, llené algunos documentos y los envié a un laboratorio para su procesamiento. Varios días después, ¡voila! Tengo los resultados. La sandalia más antigua data de hace 1.710 ± 40 años radiocarbono.

RLa datación con adiocarbono es algo increíble. En la superficie, parece tan simple: ¡envíe muestras y obtenga fechas! Pero hay una historia larga y fascinante detrás de esta tecnología aparentemente mágica, y las respuestas que escupe no siempre son tan agudas como parecen.

Los orígenes de la datación por radiocarbono se remontan a los químicos, incluidos Harold Urey (en la foto) y el Proyecto Manhattan. Departamento de Energía de los Estados Unidos / Flickr

TLa técnica ocupa un lugar especial en mi corazón. Tal vez sea porque, como arqueólogo interesado en determinar la edad de las cosas, la datación por radiocarbono es sorprendentemente útil. Tal vez sea porque crecí en el campus de la Universidad de Chicago, que jugó un papel vital en los orígenes de la investigación de radiocarbono. O tal vez sea porque la historia y la aplicación de la datación por radiocarbono tiene todo lo que me fascina de la historia de la ciencia: científicos galardonados, fallas inesperadas y revelaciones sorprendentes.

TLa historia comienza el 8 de diciembre de 1941, un día después del bombardeo japonés de Pearl Harbor. En respuesta a ese horrible evento, el físico de la Universidad de California Willard Libby, Berkeley, decidió unirse al esfuerzo de guerra ofreciendo sus servicios al físico de la Universidad de Columbia Harold Urey, cuyo laboratorio estaba estudiando varios átomos radiactivos, incluidos uranio. (Urey ganó el Premio Nobel de Química en 1934 por su descubrimiento del deuterio, una versión pesada del hidrógeno.) Urey pronto encabezaría la investigación para el Proyecto Manhattan, el enorme esfuerzo para desarrollar una bomba atómica ante los alemanes. o de los japoneses hechos. Urey aceptó la oferta de Libby y Libby se mudó a Nueva York.

yoMientras tanto, algo extraordinario sucedió en el lado sur de Chicago, a unas pocas millas al sur del Museo Field. El 2 de diciembre de 1942, en una cancha de squash (¡lea bien!) Bajo las gradas deportivas del Stagg Field de la Universidad de Chicago, el físico Enrico Fermi supervisó el primer chequeo y Todo lo que contiene carbono, desde su almuerzo hasta usted mismo, contiene algo de carbono radiactivo.reacción nuclear en cadena sostenida en el suave Chicago Pile-1, un enorme bloque de material que consta de aproximadamente 770,000 libras de grafito, más de 80,000 libras de óxido de uranio y más de 12,000 libras de uranio. En pocas palabras, Chicago Pile-1 era un reactor nuclear. Ese experimento allanó el camino para la entrada de Estados Unidos en la era nuclear.

laAl final de la guerra, Libby dejó Columbia para unirse al laboratorio de Fermi en Chicago. Allí realmente comenzó a centrarse en el carbono y sus extraordinarias propiedades. En 1946, Libby publicó una breve carta al editor de Revisión física en el que enfatizó que, según su investigación y la de otros, debería haber una diferencia entre la cantidad de carbono radiactivo en los organismos muertos y fosilizados en comparación con los organismos vivos modernos. Esta intuición marcó el nacimiento de la datación por radiocarbono.

yJusto a tiempo todos los días, los rayos cósmicos bombardean la atmósfera superior de la Tierra. Esos rayos cósmicos interactúan con los átomos de nitrógeno para producir 14 átomos de carbono radioactivos (también escritos como 14C). Solo hay una pequeña cantidad (aproximadamente uno en un billón) de este tipo de átomo de carbono en comparación con la cantidad de no radiactivo 13C e 12Los átomos de carbono en el planeta. Pero esta pequeña dispersión de 14C llega a todas partes: se mezcla en el aire, que es absorbido por las plantas, que los animales se comen, y así sucesivamente en la cadena alimentaria.

ytodo lo que contiene carbono, desde su almuerzo hasta usted mismo, contiene algo de carbono radiactivo. Ese carbono radiactivo está en equilibrio con el medio ambiente circundante. Como Libby se dio cuenta, cuando esas cosas mueren, el proceso de absorción de cada nuevo radioactivo 14C se detiene y en cualquier caso es muy radiactivo 14C estaba allí comienza a decaer. Cuanto más tiempo una cosa está muerta, menos 14C se ha quedado en ella.

Tla vida media de 14C es 5,730 ± 40 años. Esto significa que después de 5,730 años, la mitad del 14C en cualquier objeto dado será caducado. Después de otros 5,730 años, la mitad del restante 14C también caducará, por lo que hay una cuarta parte de la cantidad original y así sucesivamente. Para derivar una edad de radiocarbono para una muestra arqueológica, un científico simplemente mide la cantidad de radioactividad 14Queda C y calcule cuántos años han pasado desde que ese organismo murió.

TEl sombrero es absolutamente fantástico. Pero en realidad no es tan simple.

Plos físicos, incluido Libby, lo tomaron inicialmente 14C se extendió uniformemente por todo el planeta. Pero no lo es. Esto puede tener un efecto dramático en la datación por radiocarbono. Tomemos los moluscos modernos de la costa del Perú, por ejemplo: su fecha de radiocarbono sugiere que tienen alrededor de 400 años. ¿Están relacionados con Rip Van Winkle? ¡No! Por notable que parezca, se ven tan viejos porque están ingiriendo agua de mar que ha estado viajando durante 400 años desde su tiempo en la superficie del Atlántico Norte, donde ha absorbido su contenido original de 14C. Estos moluscos se ven tan viejos como el agua que comen (o, más precisamente, filtran).

datación por radiocarbono

La quema de combustibles fósiles inyecta el viejo carbono, privado de carbono 14, a la atmósfera. Gerry Machen / Flickr

CIncluso la producción de arbon-14 no es constante en el tiempo. Los científicos ahora saben esto 14La producción de C depende del resplandor de las manchas solares, de los cambios en la intensidad del campo magnético de la Tierra y de otros fenómenos geofísicos. Desde la Revolución Industrial, las personas han inundado la atmósfera de las personas mayores, 14Deficiencia de carbono en C al quemar combustibles fósiles. Luego estaba la bomba nuclear. De 1950 a 1964, los Estados Unidos, la Unión Soviética y otros países realizaron pruebas nucleares por encima del suelo que inyectaron una gran cantidad de radiactividad en la atmósfera superior. Estas son algunas de las razones por las cuales la datación por radiocarbono no se usa en objetos de menos de 300 años.

SLos científicos han tenido que modificar y modificar continuamente las ecuaciones de conversión que les dicen a los arqueólogos como yo la antigüedad de un objeto en función de su fecha de radiocarbono. Existen reglas y calibraciones únicas para la vida marina de un océano a otro, de un hemisferio a otro, y de diferentes tipos de materiales, desde huesos hasta plantas y conchas de agua dulce. Los investigadores continúan aprendiendo formas extrañas y maravillosas de que las fechas de radiocarbono pueden estar «equivocadas» y cómo corregir esos errores. De hecho, los científicos actualizan continuamente las curvas de calibración utilizadas para convertir los «años» de radiocarbono en años calendario porque los dos no son lo mismo.

R¿Recuerdas esa sandalia de la cueva de Tularosa que data de 1.710 ± 40 años de radiocarbono? Debido a todos estos factores complicados, tuve que convertir esa «fecha» de radiocarbono en años calendario. Los científicos desarrollaron una curva de calibración basada en la datación por radiocarbono de anillos de crecimiento anuales individuales en antiguos pinos de bristlecone de California y antiguos robles de Europa. Esa curva de calibración me dice que las muestras de sándalo en realidad datan de 40 a. C. (Hace 2,060 años) y 120 DC (Hace 1.900 años) en el calendario cristiano. En otras palabras, esa sandalia fue hecha por un nativo americano de plantas que vivían cuando la antigua Roma dominaba el Mediterráneo y la dinastía Han dominaba a China.

laaunque imperfecta, la datación por radiocarbono revolucionó la arqueología. (Estén atentos para mi próxima columna para ver ejemplos de esto). Para mí, es una maravilla que los arqueólogos puedan usar una técnica de física nuclear para fechar materiales antiguos de hasta 70,000 años, incluidas mis queridas sandalias de Nuevo México.

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