Construint el rellotge de la vida

2005/03/01 Agirre Ruiz de Arkaute, Aitziber - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika
• Paleontologia
• Arkeologia

L'estatunidenca Libby va participar en el projecte Manhattan quan se li va ocórrer un nou ús del carboni. Durant la Segona Guerra Mundial, el projecte va reunir nombrosos científics amb l'objectiu de desenvolupar la bomba atòmica al més aviat possible. Libby havia de trobar la manera de separar els isòtops de l'urani, que va passar les nits i els dies. Al final van saber com fer-ho i van desenvolupar la primera bomba durant 4 anys.

No obstant això, Libby va pensar que estava treballant en aquesta labor, una altra tècnica que després li portarà fama a tot el món. De fet, a més de l'urani-235, sospitava que en la Terra podien existir substàncies radioactives de diversos orígens, és a dir, que a més dels àtoms radioactius creats amb el planeta, també podien haver estat creats posteriorment, en contínua formació. En definitiva, la Terra està sofrint el bombardeig constant dels raigs còsmics i va pensar que aquestes radiacions podien produir isòtops radioactius.

Abans de concloure l'ús del 14C, Libby va treballar en el projecte Manhattan per a desenvolupar la bomba atòmica.

Libby va demostrar ràpidament el que es preveu, descobrint el triti, un isòtop radioactiu de l'hidrogen. Però no era suficient. Es calcula que havia d'haver-hi més isòtops, un altre isòtop produït per raigs còsmics gamma. Va calcular que en xocar els neutrons còsmics amb els àtoms de nitrogen de l'atmosfera s'anava a produir el 14 de carboni i va encertar en trobar l'isòtop ¹⁴ C baix. L'americà va descobrir que un petit percentatge de CO ₂ ^atmosfèric estava compost per 14C. Per a llavors ja es pensava que aquest isòtop podia tenir un ús arqueològic molt atractiu.

Éssers vius radioactius

Libby va començar a estudiar els éssers vius de la zona i va descobrir que l'isòtop ¹⁴ C de l'atmosfera s'assentava en les plantes. Durant _la fotosíntesi, les plantes recullen el diòxid de carboni (CO 2) i ho alliberen en la respiració; durant aquest procés de respiració fotosintètica, el químic va descobrir que les plantes estaven rebent i alliberant de manera contínua ¹⁴ C radioactiu en l'atmosfera, és a dir, que en les plantes es repetia la mateixa proporció que l'isòtop 14 C que hi havia en l'atmosfera, en els animals que mengen plantes i en altres animals que mengen animals. En tots els éssers vius, per tant.

En xocar els neutrons còsmics amb els àtoms de nitrogen de l'atmosfera, va calcular que s'anava a produir el 14 de carboni i va buscar una aplicació directa.

El més interessant és que en morir els éssers vius es trenca el seu intercanvi de carboni amb l'atmosfera. Per tant, els organismes després de la seva mort no renoven el carboni 14. I és quan entra en funcionament el ^rellotge de 14C! De fet, el 14 de carboni, igual que la resta d'isòtops radioactius, és inestable i comença a desaparèixer lentament de l'organisme des del mateix moment de la mort, fins a arribar a desaparèixer pràcticament en fòssils molt antics.

La ^quantitat de 14C dels morts disminueix exponencialment, desapareixent ràpidament al principi i augmentant amb els anys. El propi Libby va estimar que l'any 5.568 qualsevol ^fòssil perd el 50% del seu 14C i que, després de 55.680 anys, encara conserva el 0,01% del que tenia viu.

^{14 C} comença a desaparèixer lentament de l'organisme des del mateix moment de la seva mort, fins a arribar a desaparèixer pràcticament en fòssils molt antics.

Sobre la base d'això, comparant les proporcions de 14 carboni presents en el fòssil i en l'atmosfera, va indicar que es podia determinar l'edat de qualsevol fòssil. Així ho va explicar en 1949 davant científics del Museu Metropolità de Nova York i de la Universitat de Chicago. Va calcular l'edat d'alguns ossos amb el nou mètode i, a la vista del resultat, van haver d'acceptar la validesa del mètode.

L'ús de 14C va anar estenent any rere any entre els arqueòlegs, fins a convertir-se en el mètode més utilitzat. El sistema de datació era llavors únic i a més molt fiable. Així que Libby va guanyar l'admiració dels científics i en 1960 va rebre el Premi Nobel de Química. De fet, servia per a datar qualsevol material procedent d'éssers vius: fusta, carbó, teles, branques d'animals, ossos, restes vegetals... És a dir, els ecologistes podien utilitzar-los per a investigar les característiques dels ecosistemes o els antropòlegs per a analitzar els fets d'una societat. No importa la grandària de la mostra, ni on i com s'ha mantingut, ni les raons de la mort. Per tant, es va considerar adequat per a comparar mostres de qualsevol lloc del món.

Rellotge parcial

La major limitació la té de moment la datació a partir dels 50.000 anys, ja que en els fòssils de l'hora queden ¹⁴ C per sota, la qual cosa faria falta d'aparells de gran sensibilitat per a calcular exactament quants isòtops hi ha. Per tant, no serveix per a estudiar fenòmens com l'evolució de les espècies, la formació dels continents. El carboni 14 és com un rellotge amb només una agulla de segon i els científics sovint necessiten hores, dies i mesos.

L'evolució del propi ésser humà només pot seguir-se parcialment amb el carboni. En els ossos neandertals a penes es troben 14 carbonis. Així, en la Paleontologia s'utilitzen altres mètodes: d'una banda, els isòtops radioactius que es ‘apaguen’ més lentament, entre ells l'urani-238a, i per un altre, les anàlisis químiques dels ossos, l'estudi del pol·len, la datació dels sediments entorn dels ossos, l'arqueomagnetismo i la termoluminiscencia. De fet, en l'actualitat s'utilitzen combinacions de tots aquests mètodes per a obtenir datacions fiables.

Calibratge del carboni 14

Encara que el mètode és molt utilitzat en Arqueologia, són molts els que creuen que és necessari calibrar-lo millor. De fet, Libby no va calcular amb precisió la velocitat de desintegració de 14C. Posteriorment s'ha calculat que la vida mitjana de l'isòtop és de 5.730 anys i no de 5.568, tal com va calcular Libby en 1949.

El 14C tampoc serveix per a investigar el ^passat pròxim. Quan es mesura la radioactivitat de 14C en ^mostres amb menys de 500 anys, l'error de datació és sovint major que la dada.

D'altra banda, en indicar que la quantitat d'isòtop atmosfèric ¹⁴ C és constant, no va tenir en compte que la formació de l'isòtop depèn dels neutrons que arriben a l'atmosfera i que la radiació que arriba a la Terra no és constant en absolut. És de suposar que al llarg de la història es produirien notables variacions en la proporció de 14C en l'atmosfera i que els éssers vius d'una època i una altra anaven a rebre en diferent quantitat.

Els químics han comprovat que en els llocs volcànics la taxa de 14C és en si mateixa menor, ja que el carboni alliberat internament pels volcans redueix la proporció de carboni radioactiu en l'atmosfera.

És més, al llarg de la història han estat molts els successos que han ^alterat la quantitat de 14C. Per exemple, s'ha observat que l'anhídrid carbònic emès a l'atmosfera per la indústria des de 1900 ha reduït ^{considerablement} la proporció de 14C. I, no obstant això, els experiments atòmics dels anys 50 han tornat a créixer. En conseqüència, els científics creuen que l'any 6200 abans de Crist la taxa de l'isòtop ¹⁴ C era un 8% superior a l'actual, per la qual cosa un fòssil que afirma que el mètode del carboni té 7.500 anys pot aconseguir en realitat 8.500.

Els científics saben que es tracta d'un mètode millor calibrat, però el ^debat continua servint per a aproximar acceptablement el mètode de datació del 14C.