Muchas veces hemos leído que se determina la antigüedad de un fósil usando el carbono-14. Muy brevemente les voy a contar qué es carbono-14 y cómo se usa para determinar antigüedades.
Empecemos recordando que el átomo está compuesto por tres clases de partículas elementales: protones, que tienen una carga eléctrica positiva; electrones, que tienen una carga eléctrica negativa; y neutrones, que no tienen ninguna carga. Los protones y los neutrones están agrupados en el núcleo, mientras que los electrones giran fuera, en torno a él.
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| Estructura básica del átomo. |
El número de protones es lo que otorga a un átomo su identidad química. Un átomo con un protón es un átomo de hidrógeno; uno con dos protones, es helio; con tres protones, litio y así sucesivamente siguiendo el orden de la tabla periódica. Cada vez que añades un protón consigues un nuevo elemento. Como el número de protones de un átomo está siempre equilibrado por un número igual de electrones, verás a veces escrito que es el número de electrones el que define un elemento; viene a ser la misma cosa. Lo que a mí me explicaron fue que los protones dan a un átomo su identidad, los electrones su personalidad. Ustedes interprétenlo de la manera que lo entiendan mejor.
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| El número de protones indica de qué elemento se trata. |
Los neutrones no influyen en la identidad del átomo, pero aumentan su masa. El número de neutrones es en general el mismo que el número de protones, pero puede haber leves variaciones hacia arriba y hacia abajo. Añade o quita un neutrón o dos y tendrás un isótopo. Los términos que oyes en relación con las técnicas de datación en arqueología se refieren a isótopos. El carbono 14 por ejemplo, que es un átomo de carbono con seis protones y ocho neutrones (el 14 es la suma de los dos).
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| Átomos de Carbono 12, 13 y 14. |
Este isótopo se produce en la atmósfera del bombardeo de los átomos de nitrógeno-14 por los rayos cósmicos, la fotosíntesis se encarga de que las plantas reciban carbono 14 y luego los animales que comen dichas plantas, cuando muere el ser vivo deja de consumir carbono 14 y empieza a decrecer exponencialmente la cantidad a un ritmo constante. Este ritmo constante de desintegración se llama periodo de semidesintegración o semivida del isotopo.
Williard Libby determinó un valor para el periodo de semidesintegración del carbono-14: 5568 años. Determinaciones posteriores en Cambrigde produjeron un valor de 5730 años. Esto quiere decir que en 5730 años ha desaparecido la mitad de los átomos que tenía el ser vivo cuando murió, 5730 años más tarde tendría sólo el 25% y así sucesivamente. Por motivos de precisión, puesto que a más antigüedad tenga el fósil, menos átomos de carbono 14 habrán para contar, sólo es confiable para antigüedades no superiores a los 45 000 años. ¿Qué pasa si se quiere determinar antigüedades mayores? Es sencillo, se usa isótopos de una vida media mayor, bajo los mismos principios.
Excelente articulo, algo nuevo aprendido este día :)
ResponderBorrarEl tema (la datación basada en el Carbono 14) lo considero muy importante para el entendimiento del contexto en la lectura e interpretación de los fósiles. Eso es crítico en el discurso evolutivo. Por esa razón, si bien este trabajo — opino yo — puede ser suficientemente bueno en algún nivel de entendimiento, yo esperaría una explicación mejor en este blog. Estoy consciente que criticar un trabajo hecho es más fácil que hacer uno mejor. No obstante — como no estoy en condiciones para ofrecer una explicación que crea más completa — aquí les dejo unas observaciones críticas generales.
ResponderBorrar1. La ilustración “…los protones dan a un átomo su identidad, los electrones su personalidad” me parece distractora. Uno tiende a quedar un poco atascado en la sutil diferencia que pueda existir entre identidad y personalidad de un individuo. Yo esperaba que la identidad social de un individuo humano está determinada, precisamente, por su personalidad.
2. Esperé, en vano, que mencionaran la masa atómica — a la cual contribuye los protones y neutrones — y el número atómico — que es la cantidad de protones. Cantidad de protones que determina la cantidad de electrones del átomo neutro y la posición del elemento en la Tabla Periódica. La cantidad de electrones de un elemento determina sus propiedades químicas.
3. Una vez discernida (sin muchos detalles técnicos) la diferencia conceptual entre masa atómica y número atómico de un átomo, es más cómodo entender a los isótopos como átomos del mismo número atómico (por tanto las mismas propiedades químicas) pero diferente masa atómica. Es como la diferencia del niño cuando va para la escuela en la mañana (limpio, planchado, peinado, con los libros organizados, etc.) y el niño cuando regresa de la escuela en la tarde (sucio, despeinado, la ropa rota, desorganizado, etc.)… es el mismo niño, pero con más masa.
4. Creo que vale la pena al menos mencionar que el Carbono 14 no es el único elemento químico usado para datar. De hecho, el Carbono 14 es mejor para datar eventos… recientes. No puedes datar el fósil de una criatura que vivió hace sesenta y cinco millones de años con el Carbono 14. Porque el período de semidesintegración del Carbono 14 no llega siquiera a los seis mil años. En este punto es donde la Geología echa una mano muy valiosa: varios métodos basados en elementos radiactivos que producen Plomo (Pb), el método Potasio (K) — Argón (Ar), el método Rubidio (Rb) — Estroncio (Sr), métodos que envuelven al Torio 230 (Th), y métodos que analizan trazas de fisión nuclear. Yo recomiendo el libro “The Earth Through Time” de Harold L. Levin (no sé si existe una versión en Español) en el cual hay una explicación no muy técnica sobre todos estos métodos. Es un libro viejo (para los estándares de la ciencia moderna) pero tiene un método pedagógico excelente.
ResponderBorrar5. El Carbono 14 se produce continuamente en las más altas capas de la atmósfera. En efecto es producido por el bombardeo de los rayos cósmicos. Pero la forma en la cual esto se dice en el trabajo proyecta la impresión que se trata de un proceso directo… pero no lo es. Los rayos cósmicos son partículas de alta energía — mayormente protones. Si la diferencia entre isótopos es una diferencia en la cantidad de neutrones… ¿Cómo un haz de protones puede producir isótopos? El asunto no es tan complicado: las partículas en los rayos cómicos chocan con lo que sea encuentran en su camino. Parten cualquier núcleo en partes que conforman núcleos menores… y, en ese proceso, se liberan neutrones. Cuando en esa reyerta un afortunado neutrón (con suficiente energía) choca con un átomo de Nitrógeno 14, el neutrón es absorbido… en ese proceso el Nitrógeno expulsa un protón y se convierte en Carbono 14. Se calcula que a través de este proceso se producen aproximadamente dos átomos de Carbono 14 por segundo, por centímetro cuadrado de superficie terrestre. Eso es un montón de Carbono 14. El recién nacido Carbono 14 de inmediato combina con Oxígeno y forma el Dióxido de Carbono… listo para que la fotosíntesis lo incorpore en la vorágine orgánica. El núcleo del Carbono 14 es inestable y eventualmente, a su debido tiempo, se desintegra emitiendo una partícula beta y retorna a ser Nitrógeno. Con la desintegración beta, un neutrón en el núcleo se convierte en protón… y le pone fin a la discordia en el núcleo del Carbono 14 convirtiéndolo en Nitrógeno. El período de desintegración medio del Carbono 14 es 5730 años.
6. Esperaba ver en el trabajo que la concentración de Carbono 14 en el organismo vivo alcanza un equilibrio: el proceso de desintegración del Carbono 14 en Nitrógeno es compensado con la entrada de nuevo Carbono 14 al sistema orgánico debido a la digestión. Pero cuando el organismo muere — no entra al sistema nuevo Carbono 14 — la concentración de Carbono 14 disminuye continuamente con el tiempo pues el proceso de desintegración de los núcleos de Carbono 14 continúa. Entonces, si medimos la concentración de Carbono 14 en un material que alguna vez estuvo vivo, y la comparamos con la concentración que debería tener si estuviera aún vivo — la diferencia nos dice un buen estimado de cuánto tiempo hace que no entra nuevo Carbono 14. El tiempo puede calcularse pues ya se conoce el período de desintegración media.
7. Es posible que una breve explicación sobre el período de desintegración media ayude. El también llamado semivida o período de semidesintegración es el tiempo que demora en desintegrarse la mitad de cierta cantidad inicial de un elemento radiactivo.
Doy por sentado que perciben la intensión positiva en mi crítica. Gracias
Podría hacerlo más completo amigo, pero no he querido extender mucho el artículo. Faltan precisar algunos detalles, pero como introducción me parece que esta bien. Trato de exponer las cosas de la manera más sencilla posible, insertando la menor cantidad posible de términos técnicos. Muchas gracias igual por tus observaciones, todas son acertadas y aceptadas. Haré un artículo complementario para explicar con qué isótopos se datan las rocas. Desarrollaré más detalladamente lo respecto a la formación de los isótopos y lo relacionaré todo con la edad de la tierra, que será el tema principal. Gracias.
BorrarComprendo, y en efecto, creo que esta página es una fuente de agua potable para el entendimiento y la salud espiritual humana. Siempre que tengo oportunidad la refiero con alegría. Homo Atheus lo felicito. Feliz Año Nuevo... lleno de éxitos y retos. Gracias.
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