Un cronómetro para el pasado
¿Cómo saber cuántos años tiene de antigüedad una momia, cuándo aparecieron los humanos o se extinguieron los dinosaurios, cuántos años lleva el hombre en América, o cuándo se descubrió la agricultura?
Luz Lazos Ramírez
HASTA 1940, determinar la antigüedad de los objetos arqueológicos en términos de años, es decir, fecharlos, era un sueño para los arqueólogos y por eso muchas de sus teorías no eran consideradas más que "afortunadas" ocurrencias. Sin embargo, en 1949, se dio a conocer la posibilidad de fechar materiales orgánicos con una técnica llamada "fechamiento por radiocarbono", descubierta por William Libby de la Universidad de Chicago (Nobel de Química de 1960). Indudablemente, la técnica del radiocarbono o carbono 14 es una de las que han sido usadas con más éxito en diferentes áreas de las ciencias.
Uno de los aportes de esta técnica ha sido demostrar que es posible determinar la antigüedad de un material con base en el conocimiento profundo de los procesos naturales que pueden ser relacionados con el tiempo. Por ello, el radiocarbono ha sido útil también para plantear otras técnicas de fechamiento basadas en la radioactividad.
Un reloj radiactivo
Para entender cómo funcionan las técnicas de fechamiento hay que pensar en cómo medimos el paso del tiempo. Pensemos en un tipo de reloj muy sencillo: un reloj de arena. En este tipo de relojes, vemos que el tiempo se mide como la cantidad de arena que ha pasado de un lado a otro. El inicio del proceso es justamente el momento en que se da vuelta al reloj y comienza a pasar la arena. Estos relojes tienen una utilidad limitada pues el inicio depende de la participación de alguien que mida el tiempo y, después (cuando ha pasado toda la arena), es necesario darle vuelta para continuar midiendo el tiempo.
En el caso de las técnicas de fechamiento también se requiere de un proceso en el cual alguna propiedad aumente o disminuya en relación con el paso del tiempo. Es muy importante que el momento de inicio de este proceso sea un punto preciso y reconocible. Además, como el objetivo es estudiar el pasado, es indispensable que el proceso sea totalmente independiente de la intervención humana para desarrollarse.
En el caso del carbono 14, el proceso relacionado con el tiempo es el hecho de que los átomos de carbono 14 de un organismo se pierden regularmente debido a sus propiedades radioactivas a partir de la muerte de un organismo. Así, el punto de inicio del proceso es la muerte del organismo. En el fechamiento por radiocarbono, la propiedad que se mide es el número de átomos de carbono 14 presentes actualmente en el material muerto y se comparan con el número de átomos de carbono 14 que posee el material vivo. No debe olvidarse que la pérdida de carbono 14 y el inicio de la misma a partir de la muerte de un organismo son procesos naturales que no dependen de la intervención humana.
Unos átomos raritos
La característica principal que marca las diferencias entre los elementos es el número atómico que determina las propiedades químicas. El número atómico representa el número de protones que hay en el núcleo de los átomos. De esta forma,
elementos tan diferentes como el oxígeno, el oro y el uranio presentan los comportamientos químicos que los caracterizan porque tienen ocho, 79 y 92 protones, respectivamente.
Además de protones, en el núcleo de los átomos hay otras partículas llamadas neutrones. La suma de protones y neutrones se conoce como la "masa atómica". A diferencia del número atómico, que es el mismo para todos los átomos de un mismo elemento, la masa atómica puede variar. A los átomos de un mismo elemento, que tienen diferentes masas atómicas, se les llama isótopos y todos presentan el mismo comportamiento químico.
En el caso del carbono, todos los átomos de este elemento tienen como número atómico seis, lo que significa que en su núcleo se encuentran seis protones. Sin embargo, pueden tener tres diferentes masas atómicas, 12, 13 o 14, ya que pueden presentar seis, siete u ocho neutrones respectivamente. El carbono 14 es el isótopo del carbono que tiene en su núcleo seis protones y ocho neutrones y su símbolo es 14C.
14 es el isótopo del carbono que tiene en su núcleo seis protones y ocho neutrones y su símbolo es 14C.
El 14C es el isótopo más pesado y menos abundante del carbono; por cada átomo de carbono 14 que se encuentra en la naturaleza, existen 1 000 000 000 000 átomos de carbono 12. Además, tiene propiedades radiactivas y se forma a partir del nitrógeno en las capas superiores de la atmósfera. A pesar de estas rarezas, los átomos de 14C tienen todas las propiedades químicas del carbono y por ello pueden intervenir en reacciones muy importantes como la fotosíntesis, con lo cual pasan a formar parte de los tejidos de los seres vivos.
Cuando un organismo está vivo participa activamente en el ciclo de carbono y, por ello, la cantidad de carbono 14 en sus tejidos se mantiene constante a través de procesos biológicos como la fotosíntesis y la alimentación Sin embargo, cuando estos procesos llegan a su fin, con la muerte del organismo, ya no se incorpora más carbono y se comienza a perder el carbono 14 debido a su decaimiento radiactivo. Esto quiere decir que, considerando el carbono 14, los restos antiguos son menos radiactivos que los actuales.
Además del fechamiento, una aplicación interesante de este hecho es que puede determinarse la calidad de un alimento, pues si está adulterado con sustancias obtenidas del petróleo, su radiactividad será menor que la de un alimento sin adulterar. Esto se debe a que el petróleo y sus derivados tienen más de 100 mil años y, por eso, han perdido prácticamente todo su carbono 14.
Muerte y decaimiento... radiactivo
Los átomos de carbono 14 se van perdiendo poco a poco porque son inestables desde el punto de vista radiactivo y después de cierto tiempo se transforman en átomos de carbono 12. Esta transformación ocurre constantemente siguiendo la "ley del decaimiento radiactivo" que señala que el porcentaje de átomos de carbono 14 que pierde un material es constante por unidad de tiempo. Libby determinó que un material orgánico muerto pierde la mitad (50%) de sus átomos de carbono 14 después de 5 730 años de ocurrida la muerte del organismo.
Por ejemplo, si encontramos un hueso arqueológico de perro y determinamos que tiene la mitad de los átomos de carbono 14 que posee un hueso de un perro muerto recientemente, sabremos que la muerte del perro antiguo ocurrió hace aproximadamente 5 730 años, que es el tiempo que tarda un material en perder la mitad de sus átomos de carbono 14.
Contando átomos
Debido a que conocemos la velocidad a la que se pierde el carbono 14 y también la cantidad presente en los seres vivos, para determinar la antigüedad de un material sólo hace falta contar el número de átomos de carbono 14 que aun no han desaparecido. Para contarlos, una posibilidad es aprovechar las propiedades radiactivas del carbono 14 y medir la cantidad de radiación que tiene la muestra debido a su contenido de carbono. En este caso las muestras arqueológicas tienen que pasar por una serie de procedimientos químicos que permiten transformarlas en una forma adecuada para medir su radiactividad. Cerca de 300 laboratorios en el mundo analizan este tipo de muestras rutinariamente a un costo aproximado de 250 dólares por muestra. En México, tenemos dos laboratorios de fechamiento por radiocarbono: uno en el Instituto Nacional de Antropología e Historia y otro, en el Instituto de Investigaciones Antropológicas de la UNAM.
Existe otra forma de contar los átomos de carbono. Ésta fue inventada en la década de los años 70 y requiere de un equipo llamado Acelerador de Partículas, que permite realizar la espectroscopía de masas, es decir, un análisis que nos permite saber cuántos átomos de una muestra son de carbono 14. Esta técnica recibe el nombre de fechamiento por AMS (por sus siglas en ingles: Accelerator Mass Spectroscopy). El costo de estos
análisis es de 1 000 dólares por muestra y hay cerca de 15 lugares en el mundo que los pueden realizar.
|
Técnica
Análisis químico de huesos
Hidratación de obsidiana
Arqueomagnetismo
Potasioargón
Trazas de fisión
Análisis de polen
Termoluminiscencia
Dendrocronología
Radiocarbono
|
Rango de tiempo
(años)
2 0001 000 000
010 000
02 000
500 000millones
100 000millones
2 000500 000
010 000
03 000
10050 000
|
Otras técnicas, otros tiempos. En la tabla se presentan algunas de las técnicas con las que cuenta el arqueólogo para el fechamiento de sus materiales. Las bases para su funcionamiento son procesos muy diferentes que incluyen tanto el decaimiento radiactivo, la transformación química de materiales, el crecimiento de los árboles, los cambios morfológicos de las especies o el daño que producen los rayos cósmicos en los materiales.
|
|
De "científico loco" a héroe de la ciencia
|
|
William Libby tardó casi quince años en demostrar las condiciones necesarias para determinar la antigüedad de un material arqueológico. Libby realizó todos los experimentos contando sólo con la ayuda de dos estudiantes, Ernest Anderson y James Arnold. Eran los años 40 y Libby tenía dos preocupaciones: demostrar que el carbono 14 existía en los tejidos vivos y mantener su trabajo en secreto para no ser considerado un "crítico loco".
Un día Arnold, quien estaba muy entusiasmado por su trabajo, le comentó a su padre lo que estaba haciendo y la gran importancia que podría tener... si todo salía bien. El padre de Arnold era amigo del director de Museo Metropolitano de Nueva York a quien no sólo le comentó el trabajo de su hijo, sino que lo convenció de enviar las muestras para el fechamiento a la Universidad de Chicago.
Libby y sus alumnos decidieron aceptar el reto y, en 1949, analizaron las primeras muestras obteniendo buenos resultados. Después de esta prueba, museos de todo el mundo enviaron muestras y así, en unos años, Libby pudo demostrar experimentalmente que sus suposiciones eran correctas. Por todo este trabajo recibió el Premio Nobel de Química en 1960.
|
|
Comparar el tiempo
La técnica del carbono 14 permite determinar qué tan antiguos son todos los materiales que se originan de un ser vivo o cualquiera de sus tejidos, lo cual incluye madera, carbón, telas, cuernos, huesos y restos de plantas. Estos materiales pueden encontrarse en muchos sitios y a partir de ello surge otra de las ventajas de la técnica: la posibilidad de contar con un punto de comparación útil tanto para los eventos de una sociedad como para los de un ecosistema, lo que nos permite abordar el estudio del impacto ecológico de las sociedades en el pasado.
Otro aspecto importante es que en el fechamiento por carbono 14 se consideran únicamente las proporciones de átomos de carbono 14 contenidos en una muestra para determinar el tiempo transcurrido, y en ella no intervienen otros factores como el tamaño de la muestra, la temperatura, las condiciones de enterramiento o el tipo de muerte, por lo que es posible comparar las muestras de todo el mundo sin tener que medir los factores mencionados en cada lugar.
Límites
Es importante señalar que el fechamiento por radiocarbono tiene un límite: los restos con una antigüedad mayor a 50 mil años no pueden fecharse por radiocarbono, pues su bajo contenido de carbono 14 hace muy difícil su medición. Considerando lo anterior, podemos pensar que para algunos problemas, como la evolución de las especies o la formación de los continentes, el fechamiento con carbono 14 sería como tener un reloj que sólo tiene segundero cuando lo que necesitamos es un mecanismo para llevar la cuenta de horas, días o meses.
Por otra parte, esta técnica puede aplicarse únicamente a restos de seres vivos, con lo cual otro tipo de materiales como la cerámica, el vidrio, los metales, los fósiles o la roca quedan descartados, a pesar de que son muy importantes para el arqueólogo. Además, en muchos lugares, los materiales orgánicos pueden descomponerse y perderse mucho tiempo antes de que los arqueólogos los encuentren y, por ello, en estos sitios, el fechamiento tiene que hacerse de otra forma.
Los otros relojes
Considerando estos inconvenientes, desde 1960 muchos científicos han estudiado diferentes procesos que pueden servir como base para técnicas de fechamiento. En la tabla de arriba se muestran algunas de estas técnicas y el rango de tiempo que pueden medir.
En arqueología la segunda técnica en importancia es el fechamiento por luminiscencia. Ésta se aplica a materiales con alto contenido mineral como pueden ser los cristales de cuarzo que se encuentran en arcillas, arenas y otros componentes de la corteza terrestre y permite el fechamiento de los restos de cerámica.
Las técnicas de luminiscencia se basan en el hecho de que todos los materiales están expuestos a la radiación tanto de los rayos cósmicos como de los elementos radiactivos presentes en la corteza terrestre. En particular, al ser expuestos a la radiación, los minerales muestran modificaciones en su estructura, y dichos cambios son proporcionales a la cantidad de radiación recibida: a mayor radiación, más cambios en el material. Si pensamos que la radiación recibida cada año por un material depositado en un contexto arqueológico es constante (dosis anual), dicho material presenta más modificaciones si ha estado depositado durante mucho tiempo. Así, al determinar la cantidad de radiación que se recibe en un sitio arqueológico y cuánta radiación ha absorbido el material podemos saber cuantos años tiene.
El nombre de esta técnica proviene de una forma de medir cuánta radiación ha recibido un material a través de inducir que éste emita luz. La inducción se hace con calor o con rayos láser y ha permitido descubrir que algunas piezas famosas de museo son en realidad falsificaciones.
Durante las últimas décadas se han desarrollado gran variedad de técnicas de fechamiento que permiten considerar no sólo materiales arqueológicos, sino también determinar cuándo se extinguieron los dinosaurios, se formaron las montañas o conocer si una valiosa pieza de museo es en realidad un gran fraude.
Luz Lazos Ramírez trabaja en el Laboratorio de Fechamiento del Instituto de Investigaciones Antropológicas de la UNAM.
Consultado el 23 de septiembre de 2010-09-23
