Construyendo el reloj de la vida

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

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La estadounidense Libby participó en el proyecto Manhattan cuando se le ocurrió un nuevo uso del carbono. Durante la Segunda Guerra Mundial, el proyecto reunió a numerosos científicos con el objetivo de desarrollar la bomba atómica lo antes posible. Libby tenía que encontrar la manera de separar los isótopos del uranio, que pasó las noches y los días. Al final supieron cómo hacerlo y desarrollaron la primera bomba durante 4 años.

Sin embargo, Libby pensó que estaba trabajando en esa labor, otra técnica que luego le traerá fama en todo el mundo. De hecho, además del uranio-235, sospechaba que en la Tierra podían existir sustancias radiactivas de diversos orígenes, es decir, que además de los átomos radiactivos creados con el planeta, también podían haber sido creados posteriormente, en continua formación. En definitiva, la Tierra está sufriendo el bombardeo constante de los rayos cósmicos y pensó que estas radiaciones podían producir isótopos radiactivos.

Antes de concluir el uso del 14C, Libby trabajó en el proyecto Manhattan para desarrollar la bomba atómica.

Libby demostró rápidamente lo previsto, descubriendo el tritio, un isótopo radiactivo del hidrógeno. Pero no era suficiente. Se calcula que debía haber más isótopos, otro isótopo producido por rayos cósmicos gamma. Calculó que al chocar los neutrones cósmicos con los átomos de nitrógeno de la atmósfera se iba a producir el 14 de carbono y acertó al encontrar el ^{isótopo 14} C bajo. El americano descubrió que un pequeño porcentaje de CO ₂ ^atmosférico estaba compuesto por 14C. Para entonces ya se pensaba que este isótopo podía tener un uso arqueológico muy atractivo.

Seres vivos radiactivos

Libby comenzó a estudiar los seres vivos de la zona y descubrió que el isótopo ¹⁴ C de la atmósfera se asentaba en las plantas. Durante _la fotosíntesis, las plantas recogen el dióxido de carbono (CO 2) y lo liberan en la respiración; durante este proceso de respiración fotosintética, el químico descubrió que las plantas estaban recibiendo y liberando de forma continua ¹⁴ C radiactivo en la atmósfera, es decir, que en las plantas se repetía la misma proporción que el isótopo 14 C que había en la atmósfera, en los animales que comen plantas y en otros animales que comen animales. En todos los seres vivos, por tanto.

Al chocar los neutrones cósmicos con los átomos de nitrógeno de la atmósfera, calculó que se iba a producir el 14 de carbono y buscó una aplicación directa.

Lo más interesante es que al morir los seres vivos se rompe su intercambio de carbono con la atmósfera. Por lo tanto, los organismos tras su muerte no renuevan el carbono 14. ¡Y es cuando entra en funcionamiento el ^reloj de 14C! De hecho, el 14 de carbono, al igual que el resto de isótopos radiactivos, es inestable y comienza a desaparecer lentamente del organismo desde el mismo momento de la muerte, hasta llegar a desaparecer prácticamente en fósiles muy antiguos.

La ^cantidad de 14C de los fallecidos disminuye exponencialmente, desapareciendo rápidamente al principio y aumentando con los años. El propio Libby estimó que en el año 5.568 cualquier ^fósil pierde el 50% de su 14C y que, tras 55.680 años, aún conserva el 0,01% de lo que tenía vivo.

^{14 C} comienza a desaparecer lentamente del organismo desde el mismo momento de su muerte, hasta llegar a desaparecer prácticamente en fósiles muy antiguos.

En base a ello, comparando las proporciones de 14 carbono presentes en el fósil y en la atmósfera, indicó que se podía determinar la edad de cualquier fósil. Así lo explicó en 1949 ante científicos del Museo Metropolitano de Nueva York y de la Universidad de Chicago. Calculó la edad de algunos huesos con el nuevo método y, a la vista del resultado, tuvieron que aceptar la validez del método.

El uso de ^14C fue extendiendo año tras año entre los arqueólogos, hasta convertirse en el método más utilizado. El sistema de datación era entonces único y además muy fiable. Así que Libby ganó la admiración de los científicos y en 1960 recibió el Premio Nobel de Química. De hecho, servía para datar cualquier material procedente de seres vivos: madera, carbón, telas, ramas de animales, huesos, restos vegetales... Es decir, los ecologistas podían utilizarlos para investigar las características de los ecosistemas o los antropólogos para analizar los hechos de una sociedad. No importa el tamaño de la muestra, ni dónde y cómo se ha mantenido, ni las razones de la muerte. Por lo tanto, se consideró adecuado para comparar muestras de cualquier lugar del mundo.

Reloj parcial

La mayor limitación la tiene por el momento la datación a partir de los 50.000 años, ya que en los fósiles de la hora quedan ¹⁴ C por debajo, lo que haría falta de aparatos de gran sensibilidad para calcular exactamente cuántos isótopos hay. Por tanto, no sirve para estudiar fenómenos como la evolución de las especies, la formación de los continentes. El carbono 14 es como un reloj con sólo una aguja de segundo y los científicos a menudo necesitan horas, días y meses.

La evolución del propio ser humano sólo puede seguirse parcialmente con el carbono. En los huesos neandertales apenas se encuentran 14 carbonos. Así, en la Paleontología se utilizan otros métodos: por un lado, los isótopos radiactivos que se ‘apagan’ más lentamente, entre ellos el uranio-238a, y por otro, los análisis químicos de los huesos, el estudio del polen, la datación de los sedimentos en torno a los huesos, el arqueomagnetismo y la termoluminiscencia. De hecho, en la actualidad se utilizan combinaciones de todos estos métodos para obtener dataciones fiables.

Calibración del carbono 14

Aunque el método es muy utilizado en Arqueología, son muchos los que creen que es necesario calibrarlo mejor. De hecho, Libby no calculó con precisión la velocidad de ^{desintegración} de 14C. Posteriormente se ha calculado que la vida media del isótopo es de 5.730 años y no de 5.568, tal y como calculó Libby en 1949.

El 14C tampoco sirve para investigar el ^pasado cercano. Cuando se mide la radiactividad de 14C en ^muestras con menos de 500 años, el error de datación es a menudo mayor que el dato.

Por otra parte, al indicar que la cantidad de isótopo atmosférico ¹⁴ C es constante, no tuvo en cuenta que la formación del isótopo depende de los neutrones que llegan a la atmósfera y que la radiación que llega a la Tierra no es constante en absoluto. Es de suponer que a lo largo de la ^historia se producirían notables variaciones en la proporción de 14C en la atmósfera y que los seres vivos de una época y otra iban a recibir en diferente cantidad.

Los químicos han comprobado que en los lugares volcánicos la tasa de ^14C es en sí misma menor, ya que el carbono liberado internamente por los volcanes reduce la proporción de carbono radiactivo en la atmósfera.

Es más, a lo largo de la historia han sido muchos los sucesos que han ^alterado la cantidad de 14C. Por ejemplo, se ha observado que el anhídrido carbónico emitido a la atmósfera por la industria desde 1900 ha reducido ^{considerablemente} la proporción de 14C. Y, sin embargo, los experimentos atómicos de los años 50 han vuelto a crecer. En consecuencia, los científicos creen que en el año 6200 antes de Cristo la tasa del isótopo ¹⁴ C era un 8% superior a la actual, por lo que un fósil que afirma que el método del carbono tiene 7.500 años puede alcanzar en realidad 8.500.

Los científicos saben que se trata de un método mejor calibrado, pero el ^debate sigue sirviendo para aproximar aceptablemente el método de datación del 14C.