Hace setenta años, el químico estadounidense Willard Libby ideó un método ingenioso para fechar los materiales orgánicos. Su técnica, conocida como datación por carbono, revolucionó el campo de la arqueología.
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Ahora los investigadores podrían calcular con precisión la edad de cualquier objeto hecho de materiales orgánicos al observar la cantidad de una cierta forma de carbono restante, y luego calcular hacia atrás para determinar cuándo murió la planta o el animal del que provenía el material. Esta técnica, que ganó el Premio Nobel de Libby en 1960, ha permitido a los investigadores fechar tatuajes en momias antiguas, establecer que una biblioteca británica contenía uno de los Corán más antiguos del mundo y descubrir que la mayor parte del tráfico de marfil proviene de elefantes muertos en los últimos tres años.
Hoy, la cantidad de dióxido de carbono que los humanos están bombeando a la atmósfera de la Tierra amenaza con sesgar la precisión de esta técnica para los futuros arqueólogos que miran nuestro propio tiempo. Esto se debe a que los combustibles fósiles pueden cambiar la era de los radiocarburos de los nuevos materiales orgánicos hoy en día, lo que hace que sea difícil distinguirlos de los antiguos. Afortunadamente, la investigación publicada ayer en la revista Environmental Research Letters ofrece una manera de salvar el trabajo de Libby y revitalizar esta técnica crucial de datación: simplemente observe otro isótopo de carbono.
Un isótopo es una forma de un elemento con un cierto número de neutrones, que son las partículas subatómicas que se encuentran en el núcleo de un átomo que no tienen carga. Si bien el número de protones y electrones en un átomo determina qué elemento es, el número de neutrones puede variar ampliamente entre diferentes átomos del mismo elemento. Casi el 99 por ciento de todo el carbono en la Tierra es Carbono 12, lo que significa que cada átomo tiene 12 neutrones en su núcleo. La camisa que llevas puesta, el dióxido de carbono que inhalas y los animales y plantas que comes están formados principalmente por carbono-12.
El carbono 12 es un isótopo estable, lo que significa que su cantidad en cualquier material permanece igual año tras año, siglo tras siglo. La innovadora técnica de datación por radiocarbono de Libby, en cambio, analizó un isótopo de carbono mucho más raro: el carbono-14. A diferencia del carbono 12, este isótopo de carbono es inestable y sus átomos se descomponen en un isótopo de nitrógeno durante un período de miles de años. Sin embargo, el nuevo carbono-14 se produce a un ritmo constante en la atmósfera superior de la Tierra, ya que los rayos del sol golpean los átomos de nitrógeno.
La datación por radiocarbono explota este contraste entre un isótopo de carbono estable e inestable. Durante su vida útil, una planta absorbe constantemente carbono de la atmósfera a través de la fotosíntesis. Los animales, a su vez, consumen este carbono cuando comen plantas, y el carbono se propaga a través del ciclo alimentario. Este carbono comprende una relación constante de carbono-12 y carbono-14.
Cuando estas plantas y animales mueren, dejan de tomar carbono. A partir de ese momento, la cantidad de carbono-14 en los materiales que quedan de la planta o el animal disminuirá con el tiempo, mientras que la cantidad de carbono-12 permanecerá sin cambios. Para fechar por radiocarbono un material orgánico, un científico puede medir la proporción del carbono-14 restante con respecto al carbono-12 sin cambios para ver cuánto tiempo ha pasado desde que murió la fuente del material. La tecnología avanzada ha permitido que la datación por radiocarbono sea precisa en unas pocas décadas en muchos casos.
La datación por carbono es una forma brillante para que los arqueólogos aprovechen las formas naturales en que los átomos se descomponen. Desafortunadamente, los humanos están a punto de arruinar las cosas.
El lento y constante proceso de creación de Carbono 14 en la atmósfera superior se ha empequeñecido en los últimos siglos por los humanos que arrojan al aire carbono de combustibles fósiles. Dado que los combustibles fósiles tienen millones de años, ya no contienen ninguna cantidad medible de carbono-14. Por lo tanto, a medida que millones de toneladas de Carbono-12 son empujadas a la atmósfera, la proporción constante de estos dos isótopos se ve afectada. En un estudio publicado el año pasado, el físico del Imperial College de Londres, Heather Graven, señaló cómo estas emisiones adicionales de carbono distorsionarán la datación por radiocarbono.
Para 2050, las nuevas muestras de material orgánico parecerán tener la misma fecha de radiocarbono que las muestras de hace 1, 000 años, dice Peter Köhler, autor principal del nuevo estudio y físico en el Instituto Alfred Wegener de Investigación Polar y Marina. Las continuas emisiones de dióxido de carbono de la quema de combustibles fósiles sesgarán aún más las proporciones. "En un par de décadas, no podremos distinguir si alguna edad de radiocarbono que sacamos o si el carbono podría ser del pasado o del futuro", dice Köhler.
Inspirado por la investigación de Graven, Köhler dirigió su atención al otro isótopo estable de carbono natural: el carbono 13. Aunque el Carbono 13 comprende poco más del 1 por ciento de la atmósfera de la Tierra, las plantas absorben sus átomos más grandes y pesados a una tasa mucho más baja que el Carbono 12 durante la fotosíntesis. Por lo tanto, el carbono 13 se encuentra en niveles muy bajos en los combustibles fósiles producidos a partir de las plantas y los animales que los comen. En otras palabras, la quema de estos combustibles fósiles también eclipsa los niveles atmosféricos de carbono 13.
Al medir si estos niveles de Carbono-13 están sesgados en un objeto con fecha de radiocarbono, los futuros científicos podrían saber si los niveles de Carbono-14 del objeto han sido sesgados por las emisiones de combustibles fósiles. Un nivel más bajo de lo esperado de Carbono-13 en un objeto serviría como una señal de alerta de que no se puede confiar en su fecha de radiocarbono. Los investigadores podrían ignorar la fecha y probar otros métodos para fechar el objeto.
"Usted ve claramente que si tiene un efecto en el Carbon-14 que le daría una firma de edad bastante problemática, también tiene esta firma en Carbon-13", dijo Köhler. "Por lo tanto, puede usar el Carbono-13 para distinguir si el radiocarbono está afectado y, por lo tanto, es incorrecto o no".
Köhler reconoce que su técnica no funcionaría para materiales recuperados de áreas oceánicas profundas donde el carbono es lento para intercambiar con el resto de la atmósfera, pero cree que ayudará a los futuros arqueólogos a clasificar los restos de nuestra era contaminante.
La paleoclimatóloga de la Universidad de Queen, Paula Reimer, señala que a menudo no será necesario medir el carbono 13, ya que los arqueólogos generalmente pueden usar la capa sedimentaria en la que se encontró un objeto para verificar su edad. Pero para los objetos que se encuentran en áreas donde las capas de la Tierra no son claras o no se pueden fechar adecuadamente, esta técnica podría servir como un control adicional. El trabajo de Köhler "proporciona cierta seguridad de que [la datación por radiocarbono] seguirá siendo útil para muestras individuales en el futuro", dice Reimer.
Nota del editor: este artículo se actualizó para incluir la afiliación de Peter Köhler.
