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¿Cómo funciona exactamente la datación por carbono 14?

La datación por radiocarbono es uno de los métodos más populares para conocer la antigüedad de los restos; sin embargo, presenta limitaciones importantes.

Ante un posible descubrimiento de un objeto antiguo —ya sea arqueológico o paleontológico—, la idea de apelar al carbono-14 como método de datación para conocer su antigüedad parece la mejor opción. Sin embargo, es una técnica con limitaciones, puesto que solo sirve para restos orgánicos, de unas decenas de miles de años de antigüedad como máximo. Y esas limitaciones vienen dadas por su mero funcionamiento.

Los isótopos

Los átomos se componen principalmente de un núcleo, que contiene en su interior protones—partículas de carga positiva— y neutrones —sin carga—, y una serie de electrones —de carga negativa— que orbitan en torno a este núcleo. Todos los átomos de un mismo elemento tienen, siempre, el mismo número de protones, denominado número atómico, que define a cada elemento.
Sin embargo, el número de neutrones puede ser variable. Cuando dos átomos de un mismo elemento tienen un número de neutrones distinto, se denominan isótopos.La suma del número de protones y neutrones compone el número másico, y es el que define el isótopo. Esta es una de las claves para comprender cómo funciona la técnica del carbono-14. Pongamos las cosas claras y hablemos específicamente del carbono.
El número atómico del carbono es 6, es decir, todos los átomos de carbono del universo tienen 6 protones. Sin embargo, hay átomos de carbono con 6, 7 u 8 neutrones. Según el número de neutrones, tenemos, por tanto, tres isótopos de carbono: el 12 (= 6 protones + 6 neutrones), el 13 (= 6 + 7) y el 14 (= 6 + 8).

El tiempo de semidesintegración

Algunos isótopos de elementos son radiactivos y en su proceso de decaimiento —por el cual, se transforma en otro elemento distinto—, acaban transformándose en otros elementos distintos. El tiempo que tarda una muestra de un isótopo radiactivo en decaer depende del tipo de elemento, y sigue una progresión exponencial. Esto significa que, independientemente de la cantidad, el tiempo que tarda en decaer, a una proporción dada, es siempre el mismo.
Concretamente, cuando decae el carbono-14, se convierte en nitrógeno-14. Una muestra tarda 5730 años en perder la mitad de su carbono-14; ese es el tiempo de semidesintegración, y es lo que tarda el isótopo en decaer un 50 %. Lo que significa que tardará el doble de ese tiempo en decaer al 25 %: el triple en decaer al 12,5 %; etcétera.
El tiempo de semidesintegración, al ser constante para cada isótopo, es un valor muy relevante en el proceso de datación. Solo es necesario conocer la cantidad de carbono-14 inicial que había en una muestra, comprobar la cantidad que queda y echar cuentas. Si queda el 50  % de lo que tenía originalmente, ha transcurrido un período de semidesintegración y la muestra tiene unos 5730 años. Y si, por ejemplo, le queda el 1,5 6 %, significa que han transcurrido seis períodos de semidesintegración, lo que equivales a unos 34 380 años.
Pero la curiosidad hace que nos planteemos una nueva pregunta: ¿Cómo podemos saber cuánto carbono-14 había inicialmente en una muestra?

Solo sirve para restos orgánicos

Desde hace decenas de miles de años, y hasta 1950, la cantidad de carbono-14 en la atmósfera era más o menos estable: aproximadamente el 1 % de los átomos de carbono disponibles. Este isótopo está mezclado con carbono-12 en los gases que forman la atmósfera, y las plantas, en su asimilación de carbono, no discriminan entre isótopos. Mientras una planta continúe realizando la fotosíntesis, su concentración de carbono-14 es la misma que la de la atmósfera. Solo empieza a decaer cuando la planta muere.
De modo que cuando datamos muestras de algodón, lino o madera no estamos comprobando la fecha en la que fue tejida la tela o construido el edificio, sino la fecha en la que fue cortada la planta para su aprovechamiento. Así es como sabemos, por ejemplo, que el lino con el que se tejió el sudario de Turín fue recolectado entre los años 1260 y 1390.
Sobre los restos animales, especialmente los terrestres, estos se alimentan de las plantas —o de animales que se alimentaron, en algún momento, de ellas—, por lo que también mantienen constantes sus niveles de carbono-14 hasta su muerte. Así, cuando usamos esta datación con restos animales, se está datando la fecha de su muerte.
No sucede lo mismo con los seres vivos marinos, y es que el carbono atmosférico tarda en disolverse en el agua. Además, en profundidad puede haber reservas de carbono disuelto muy antiguas, y como en el mar no se produce nuevo carbono-14, el equilibrio no se mantiene como en la atmósfera.
Cuando las algas obtienen el carbono para la fotosíntesis, lo hacen del agua, y las cadenas tróficas marinas se nutren de estas algas. En última instancia, cuando datamos restos de animales, plantas o algas marinas no estamos datando la fecha de su muerte, sino la antigüedad del agua. Por eso, con este tipo de restos, el carbono-14 arroja resultados aberrantes.

Cuidado con la antigüedad

El carbono-14 es un isótopo que, en términos de tiempo geológico, decae relativamente rápido. En un período de solo 60 000 años, la cantidad de carbono-14 de una muestra ha caído por debajo del 0,1 %. En esos niveles, se hace prácticamente indetectable y el nivel de error se dispara. Es, por tanto, inviable emplear carbono-14 para muestras demasiado antiguas.
De ahí que, cualquier referencia a la datación de huesos de dinosaurios no avianos mediante carbono-14 es incorrecta. El tiempo transcurrido es demasiado elevado. Para ese tipo de fósiles existen otros isótopos mucho más estables y otros métodos de datación.
Una dificultad adicional del carbono-14 tiene que ver con el cómo se forma. En un proceso natural, los rayos cósmicos que impactan contra las capas altas de la atmósfera imprimen la energía necesaria para formar el carbono-14 a un ritmo similar al que decae, manteniendo así un equilibrio. Esto permite que se dé esa estabilidad, que lleva sucediendo las últimas decenas de miles de años… hasta la década de 1950. Porque en ese momento, la actividad humana cambió radicalmente el escenario.
En esta época, comenzaron las pruebas de armas nucleares de forma masiva, y liberaron a la atmósfera ingentes cantidades de isótopos radiactivos, entre ellos el carbono-14. En unos pocos años, la concentración de este isótopo en la atmósfera se duplicó.
Este cambio radical en la concentración de isótopos genera grandes dificultades para datar cualquier muestra posterior a 1950. Y es, de hecho, el motivo por el cual, al realizar dataciones con carbono-14, se habla de “años antes del presente” (YBP por sus siglas en inglés), tomando como fecha de referencia el año 1950.
Además, también es una muestra más de cómo el ser humano es capaz de alterar las condiciones atmosféricas a escala planetaria.
Referencias:
Bavarnegin, E. et al. 2018. Investigation of possibility of the C-14 radioisotope standard source production in Tehran Research Reactor. 147.
Damon, P. E. et al. 1989. Radiocarbon dating of the Shroud of Turin. Nature, 337(6208), 611-615. DOI: 10.1038/337611a0
Libby, W. F. 1956. Perspectives: Radiocarbon Dating. American Scientist, 44(1), 98-112.
Reimer, P. J. et al. 2020. The IntCal20 Northern Hemisphere Radiocarbon Age Calibration Curve (0–55 cal kBP). Radiocarbon, 62(4), 725-757. DOI: 10.1017/RDC.2020.41
Salazar-García, D. et al. 2017. Isótopos en la Prehistoria y Arqueologia Valencianas. Saguntum, Extra-19, 75-91.

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