¿Qué es la prueba del ¹⁴C y cómo funciona?

Lo que determina que un átomo sea de un elemento y no de otro es el número de protones que contiene su núcleo.  En condiciones normales, el número de protones determina el número de electrones que contiene el átomo, y el número de electrones es el que determina sus propiedades químicas.  Si un átomo tiene 26 protones, será hierro, si tiene 79, será oro.  Sin embargo, en la mayoría de los átomos, el núcleo también contiene neutrones.  Al contrario que los protones, los neutrones no tienen carga eléctrica, por lo que no influyen en el número de electrones que tiene el átomo, y por tanto, sus propiedades químicas no varían al cambiar el número de neutrones.  Esto hace que todos los elementos se compongan de diferentes isótopos, es decir de átomos que tienen el mismo número de protones, pero diferente de neutrones.

El cambiar el número de neutrones no afecta al comportamiento químico del átomo, pero sí cambia algunas propiedades físicas.  Una de las más importantes es que, mientras que unos isótopos son estables, otros isótopos del mismo elemento pueden ser radiactivos: se desintegran convirtiéndose en otros elementos.

En el caso del carbono, el isótopo más abundante en la naturaleza (más del 98%) es el ¹²C, que tiene 6 protones y 6 neutrones y es estable. Poco más de un 1% del carbono natural es ¹³C, también estable con un neutrón más.  Finalmente, hay una pequeñísima cantidad de ¹⁴C, que tiene 8 neutrones y es radiactivo.

¿Y esto para qué nos sirve? Pues resulta que los elementos radiactivos tienen una propiedad muy interesante, y es que se desintegran a un ritmo constante.  Si tenemos 1g de ¹⁴C puro, en 5730 años se habrá desintegrado la mitad, y quedará sólo 0.5g.  Si esperamos otros 5730 años, se desintegrará la mitad de lo que quedaba, y tendremos 0.25g, y así sucesivamente.  Así que podemos aprovechar esta cualidad para, sabiendo cuanto ¹⁴C había al principio, datar la edad del trozo de carbón que tenemos.

El quid de la cuestión es saber cuánto había al principio.  Fijaos que 5700 años es muy poco en comparación con los millones de años que tiene la Tierra.  Todo el ¹⁴C que pudiera haber habido entonces ha desaparecido.  ¿De dónde viene entonces el que vemos ahora mismo?  El ¹⁴C se crea de forma constante en la atmósfera debido a la interacción de los rayos cósmicos en la atmósfera.  Esta creación compensa los átomos que se desintegran, de forma que siempre hay una pequeña cantidad en el ambiente.  Dado que las propiedades químicas del ¹⁴C son exáctamente las mismas que las del resto de átomos de carbono, acaba formando CO₂que es absobido por las plantas y se incorpora a la cadena trófica, de forma que todos los seres vivos somos un poco radiactivos.

Mientras estamos vivos, compensamos los átomos que se desintegran incorporando más a través de la alimentación y la proporción de átomos de ¹⁴C permanece constante.  Sin embargo, cuando un organismo muere, deja de compensar la pérdida de átomos radiactivos y la proporción de estos empieza a bajar de forma constante.  De esta manera, si medimos la proporción entre isótopos radiactivos y estables de cualquier material orgánico (madera, tela, cuero…), podremos saber cuánto tiempo hace que murió el organismo del que procede.

¿Es exácto? ¿Se puede equivocar?

Como en todo en ciencia, el grado de exactitud de la datación por radiocarbono depende de lo precisos que sean tus instrumentos y del grado en que se cumplen las asumciones que se hacen.

Desde las primeras dataciones allá por los años 1950 los instrumentos de medida han mejorado de forma espectacular y, mientras en las primeras dataciones hacía falta más de 1Kg de muestra para obtener una precisión medianamente decente, hoy en día se pueden obtener precisiones de menos de 40 años con muestras de pocos miligramos.

Además de esto, resulta que la producción de ¹⁴C en la atmósfera no es constante, sino que depende de las variaciones en la actividad solar, campo magnético terrestre, factores geológicos, etc., por lo que, hay que corregir la edad obtenida mediante diversos factores de calibración.

De la misma manera, se asume que el organismo se ha estado alimentando en un ecosistema “normal”, de forma que la proporción de ¹⁴C mientras estaba vivo era la misma que el resto de organismos.  Esto es cierto la mayoría de las veces, pero hay ciertos ecosistemas en los que todo o parte del carbono proviene, por ejemplo, de rocas carbonáceas, con una proporción de ¹⁴C menor.

Otra posible fuente de error reside en la contaminación de la muestra.  Afortunadamente, como sólo nos interesa el material que es químicamente parte de la muestra, es posible realizar lavados muy agresivos y minimizar esta fuente de error.

Por último, no debemos olvidar que estamos datando la fecha en la que murió el organismo, que no es lo mismo que la fecha en la que se fabricó el objeto datado.  Normalmente la diferencia no es importante, pero en algunos casos hay que tener en cuenta que podemos estar tratando con material “reciclado”.