Datación por carbono

Definición de la datación por carbono

Empecemos por establecer la definición de datación por carbono.

Este proceso fue desarrollado por el químico Willard Libby (1908-1980) y revolucionó los campos de la arqueología y la paleontología. Con este método se puede datar materia orgánica que vivió hasta 50.000 años atrás.

Método de datación por carbono

La datación por carbono se centra en la concentración de carbono-14, un isótopo del carbono, que se encuentra en una forma de vida fallecida, como una planta o un animal.

La forma más abundante del carbono es el carbono-12, que tiene 6 neutrones. Sin embargo, el carbono-14 tiene 8 neutrones.

Entonces, ¿por qué el carbono-14?

Bien, hablemos de dónde procede el carbono-14.

El carbono-14 se produce en la atmósfera terrestre. Se forma por una reacción de los rayos cósmicos con el nitrógeno atmosférico (_N2). Estos rayos cósmicos contienen neutrones de alta energía, que reaccionan con el Nitrógeno para formar carbono-14, como se muestra a continuación:

Fig.1-El nitrógeno se convierte en carbono-14 mediante desintegración radiactiva

A continuación, el carbono-14 reacciona con el oxígeno atmosférico (_O2) para formar dióxido de carbono. Este dióxido de carbono es absorbido por las plantas mediante la fotosíntesis y por los animales al comer esas plantas.

El carbono-14 es radiactivo, por lo que se desintegra con el tiempo. Básicamente, la desintegración radiactiva se produce cuando una especie es inestable, por lo que emite energía y/o partículas para estabilizarse.

Cuando una especie está viva, tomará más carbono-14 como se ha mencionado anteriormente, por lo que tendrá un suministro constante. Sin embargo, cuando esa especie muere, ya no repone su suministro de carbono-14, por lo que la concentración de carbono-14 disminuirá con el tiempo a medida que se desintegra.

A continuación se muestra un gráfico que muestra cómo decae el carbono-14 con el paso del tiempo:

Fig.2-Descomposición del carbono con el tiempo, que puede utilizarse para determinar la edad de los materiales orgánicos

El funcionamiento de la datación por carbono consiste en comparar la concentración inicial de carbono-14 con la concentración actual en la muestra fallecida para determinar la antigüedad de la muestra. Cuanto menos carbono-14 haya, más antigua es la muestra.

Fórmula de datación por carbono

Entonces, ¿cómo calculamos realmente la edad de la muestra? Pues utilizamos la fórmula de la desintegración radiactiva:

$$N_t=N_0e^{-kt}$$Donde _Nt es la concentración en el tiempo t, _N0 es la concentración inicial (es decir, en t=0), k es la constante de velocidad de la reacción de desintegración, y t es el tiempo.

Pero, ¿qué es k exactamente? La constante k es una Constante de Tasa, que básicamente nos dice lo rápido o lento que se produce la desintegración. El valor de k para el carbono-14 es 1,21 x ^{10-4 año-1}, que procede de la fórmula de la vida media.

El valor actualmente aceptado para, t1/2_(carbono-14), es de 5.730 años, lo que significa que la concentración de carbono-14 tarda 5.730 en decaer a la mitad de su valor original.

Volviendo a nuestra ecuación de desintegración, estamos resolviendo para "t", donde, t, es la edad de la muestra. En primer lugar, establecemos nuestra ecuación y resolvemos para, t:

$$N_t=N_0e^{-kt}$$

$$\frac{N_t}{N_0}=e^{-kt}$$

$$ln(\frac{N_t}{N_0})=-kt$$

$$\frac{ln(\frac{N_t}{N_0})}{-k}=t$$

A continuación, queremos introducir la expresión para k en nuestra ecuación:

$$k=\frac{-0.693}{5,730\,years}$$

$$\frac{ln(\frac{N_t}{N_0})}{\frac{-0.693}{5,730\,years}}=t$$

Para limpiar un poco nuestra ecuación, multiplicamos toda la ecuación por 5,730/5,730 (es decir, 1)

$$\frac{ln(\frac{N_t}{N_0})}{\frac{-0.693}{\cancel{5,730\,years}}}*\frac{5,730\,years}{\cancel{5,730\,years}}=t$$

Esto se simplifica en nuestra ecuación final

$$t=\frac{(ln(\frac{N_t}{N_0}))}{(-0.693)}*5,730\,years$$

Ejemplos de datación por carbono

Ahora que tenemos nuestra fórmula y una comprensión básica de la datación por carbono, trabajemos con algunos ejemplos.

¡Eso sí que es un cráneo antiguo! Aunque la datación por carbono puede utilizarse simplemente para conocer la edad de algo. También puede utilizarse para comprobar la autenticidad de los objetos.

Precisión de la datación por carbono

La datación por carbono es fiable y puede dar una fecha relativamente exacta en comparación con otros sistemas de datación. El principal problema de precisión está relacionado con la cantidad de carbono-14 que se cree que había en la muestra antes de que muriera. La palabra clave aquí es "se creía".

Los científicos disponen de muchas formas de calibrar y calcular la concentración inicial de carbono-14. Sin embargo, esto puede plantear algunos problemas. Como se trata de una estimación, nunca puede ser perfecta.

Esencialmente, las concentraciones de carbono-14 en la atmósfera fluctúan debido a cosas como el tiempo, la ubicación geográfica y la quema de combustibles fósiles. Por ejemplo, los combustibles fósiles empezaron a quemarse de forma significativa durante la revolución industrial del siglo XIX. Debido a ello, el_CO2 emitido diluyó la concentración de carbono-14 en la atmósfera. Esto hace que las muestras de principios del siglo XX parezcan más antiguas.