¿ Qué son los ISÓTOPOS ?
Los isótopos son átomos de un mismo elemento que difieren en
masa, pero no en número atómico. Tienen el mismo número de
protones pero no de neutrones.
Isótopos de Hidrógeno:
Protio
1 protón
0 neutrón
Deuterio
1 protón
1 neutrón
Tritio
1 protón
2 neutrones
- Los isótopos de un mismo elemento tienen las mismas
propiedades químicas.
- Pueden ser estables o radiactivos (inestables).
Un isótopo es radiactivo cuando su núcleo no es estable y se desintegra
espontáneamente emitiendo partículas y/o radiaciones.
- Partícula b- (electrón)
Helio 3 (un neutrón menos y
un protón más)
Tritio
Antineutrino
3H
1
3He
2
+ 0e-1 + antineutrino
Decaimiento radiactivo:
- ocurre a una velocidad aproximadamente constante,
- vida media es el tiempo necesario para que la mitad de los núcleos en
una muestra decaigan.
El Carbono 14, también conocido como Radiocarbono, es el
isótopo más pesado y el único radiactivo del elemento carbono.
Carbono 12
6 protones
6 neutrones
Carbono 13
6 protones
7 neutrones
Carbono 14
6 protones
8 neutrones
98.9%
1.1%
0.0000000001 %
El Radiocarbono decae emitiendo partículas beta cargadas negativamente.
14C
b-
14N
+ antineutrino + e-
Formación del Carbono 14
¿Cómo usar al 14C para fechar?
• Los seres vivos asimilan carbono
(sus tres isótopos) constantemente.
R a d ia c ió n
c ó sm ic a
• Su contenido de 14C está en
equilibrio con el atmosférico, y es
prácticamente constante
14C
N itró g e n o 1 4
C a p tu ra de n e u tró n
asimilados ≈ 14C que decaen.
C a rb o n o 1 4
L o s tre s is ó to p o s d e l
C (12C , 13C y 14C ) s o n
a b s o rb id o s p o r
o rg a n ism o s vivo s
• Al momento de morir, dejan de
asimilar carbono, entonces su
contenido de 14C comienza a
disminuir.
S u e lo
D e s p u é s d e la m u e rte d e lo s o rg a n ism os , e l
e m isió n d e p a rtíc u la s b .
14C/12C
C a rb o n o 1 4
0
6000
12000 18000
tiempo
p a rtíc u la
b
14
C c om ie n za a d e c a e r p o r
D e c a im ien to b
P ro tó n
N itró g e n o 1 4
N e u tró n
¿Cómo usar al 14C para fechar?
De esta manera, conociendo la actividad de 14C inicial, la actividad de
14C de la muestra y el tiempo de vida media del 14C, podemos saber
cuánto tiempo ha pasado desde el momento de la muerte del organismo
a fechar (muestra).
t=-
T ln (A/A )
0
ln 2
A0 es la actividad de 14C en la atmósfera,
A es lo que nosotros medimos, los decaimientos por minuto por gramo
de C, y
T, que fue determinado por primera vez en la década de 1950 por W. F.
Libby, es de 5568 años.
Complicaciones en el cálculo
Este es un cálculo simplificado ya que no contempla :
- Variaciones en la concentración de 14C atmosférico por:
- cambios en el flujo de radiación cósmica y de actividad solar
- cambios en la intensidad del campo magnético dipolar terrestre
- cambios en la proporción 14C/12C atmosférico por quema de combustibles
fósiles
- producción artificial de 14C como resultado de pruebas nucleares en las
décadas de 1950 y 1960.
- Nuevos cálculos del tiempo de vida media del 14C
- valor actual es 5730 años, sin embargo se sigue utilizando el original
obtenido por Libby (5568 años) para mantener consistencia en resultados.
¿Cómo corregir estas variaciones?
1. Para corregir por el incremento en 14C debido a pruebas nucleares se
toma como A0 la actividad atmosférica de 14C que había en el año
1950, además así no es necesario saber cuándo se realizó el análisis.
Existen varios materiales de referencia certificados con una actividad
de 14C equivalente a la del año 1950 (13.56 dpm/g de C).
De esta manera se obtiene la que se conoce como edad convencional,
que se expresa en años antes del presente (BP, por sus siglas en
inglés), considerando al presente como 1950.
¿Cómo corregir estas variaciones?
2. Para corregir las otras variaciones de 14C atmosférico se han
construido curvas de calibración midiendo el 14C en anillos de árboles
fechados por dendrocronología. Esta calibración relaciona la edad
convencional con la edad calendario y el patrón de variación del 14C.
Atmospheric data from Reimer et al (2004);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob/whole usp[chron]
Edad calendario
1500 1400 1300 1200
350 480
650
muestra 1 : 1920±70BP
68.2% probability
AD 180AD
95.4% probability
90BC 250AD
2200BP
Edad Convencional
R ad io car b o n d eter m in atio n
2400BP
2000BP
1800BP
1600BP
1400BP
830
600CalBC
400CalBC
Edad convencional
200CalBC CalBC/CalAD 200CalAD
400CalAD
600CalAD
Calibrated date
Edad Calendario
La edad calendario representa un intervalo del calendario y se expresa en
años antes y después de Cristo (cal BC y cal AD, por sus siglas en inglés).
Edad convencional ≠ Edad calendario
¿Qué se puede fechar por 14C?
Cualquier muestra de origen orgánico que no tenga más de 60,000 años
de antigüedad.
Madera
Restos
orgánicos en
vasijas
Huesos
Pergaminos,
papel,
textiles
Conchas
Semillas
Carbón y
madera
carbonizada
Suelos y
sedimentos
¿Cómo se determina el 14C en una muestra?
Dos métodos de análisis para determinar la cantidad de 14C:
1. Radiométrico por Espectrometría de Centelleo Líquido (LSC)
Se miden los decaimientos radiactivos de la muestra. La energía de las b
emitidas por los átomos de 14C es transformada en fotones por el centellador.
Estos fotones, detectados por el espectrómetro, son proporcionales al número
de átomos de 14C que hay en la muestra.
Previo al análisis la muestra se transforma en benceno y se mezcla con el
centellador, que es un compuesto orgánico que al absorber radiación emite
fotones.
Tubo
fotomultiplicador
Analizador
átomo de
14
partícula b
C
molécula centellador
fotón
¿Cómo se determina el 14C en una muestra?
Dos métodos de análisis para determinar la cantidad de 14C:
2. Espectrometría de Aceleración de Masas (AMS)
No se determinan los decaimientos radioactivos, si no que se cuentan
directamente los átomos de 14C que hay en una muestra, utilizando un
acelerador de partículas.
La muestra se transforma en CO2 o grafito para ser analizada.
¿Cómo se determina el 14C en una muestra?
LSC
AMS
- muestra grande (5 a 10 g)
- muestra pequeña (30mg a 3 mg)
- mejor control de contaminación
- alta probabilidad de contaminación
- se transforma a benceno
- se transforma a grafito
- se determina la radiación
- se determina el # de átomos de 14C
- análisis tarda semanas
- tiempo de análisis corto
- máxima edad 30,000 años
- máxima edad 60,000 años
- hasta 10,000 veces más sensible
-se logra precisión de ± 20 años
- tecnología con décadas de
desarrollo
- tecnología nueva y muy costosa
En el Laboratorio Universitario de Radiocarbono (LUR) utilizamos el
método de Espectrometría de Centelleo Líquido.
El proceso en el LUR
1.Pretratamiento de la muestra
Es importante limpiar la muestra para eliminar cualquier tipo de
contaminación que pueda afectar la cantidad de 14C.
Físico: quitar raíces, hojas, insectos,
etc. bajo el microscopio.
Químico: eliminar carbonatos y
sustancias húmicas con ácidos y
bases diluídos.
Duración: una semana o más.
El proceso en el LUR
2. Síntesis de benceno
La muestra, una vez limpia y seca, se transforma a benceno.
¿Por qué a benceno?
El benceno tiene buenas propiedades ópticas
y un alto contenido de C (92%).
C + O2 (g) → CO2 (g) (combustión)
2CO2(g) + 10Li → Li2C2(s) + 4Li2O (carburo de Li)
Li2C2(s) + 2H2O → C2H2 (g) + 2LiOH (hidrólisis)
3C2H2 (g) → C6H6 (formación de benceno)
Duración: hasta dos días
Sintetizador de benceno TASK
El proceso en el LUR
3. Análisis
El benceno obtenido a partir de la muestra se mezcla con un centellador.
Se analizan en el espectrómetro la muestra, el benceno obtenido a partir
del estándar (actividad de 1950) y un blanco (benceno que NO contiene
14C).
Duración: dos días por cada muestra
El proceso en el LUR
4. Cálculo de la edad
Una vez calculada la edad convencional se realiza la calibración para obtener la
edad calendario utilizando el programa Calib Rev. 5.0.
Ejemplo:
Para una muestra de madera carbonizada proveniente de una excavación en Teotihuacan
la edad convencional es de 1760 ± 60 BP.
Atmospheric data from Reimer et al (2004);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob/whole usp[chron]
2200BP
muestra 2 : 1760±60BP
68.2% probability
180AD 360AD
95.4% probability
120AD 410AD
Edad Convencional
2000BP
1800BP
Realizando
la
calibración
obtuvimos entonces que la
muestra
tiene
una
edad
calendario de entre Cal AD 120
y 410.
1600BP
1400BP
200CalBC
CalBC/CalAD
200CalAD
400CalAD
Calibrated date
Edad Calendario
600CalAD
800CalAD
Objetos importantes que han sido fechados por 14C
Tumba del faraón Zoser
Cal. BC 2700 - 2600
(primera fecha 14C, Libby
1949)
Los pergaminos del Mar Muerto
Cal. BC 150 – 5
(Arizona 1995)
El manto de Turín
Cal AD 1260 – 1390
(Arizona, Oxford y Zurich, 1989)
Ötzi “el hombre de hielo”
Sedimentos de la pirámide de Cuicuilco
(Cal BC 3300-3100, Zurich 1991)
(Cal BC 380 - 174, Libby 1963)
Aplicaciones en Ciencias de la Tierra
El fechamiento por 14C es una
herramienta importante que, además de
la arqueología, tiene aplicación en
estudios de:
reconstrucciones climáticas,
vulcanología,
hidrogeología,
geología del cuaternario,
ambientales,
sismología,
formación de suelos.
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