Datación de radiocarbono - Enciclopedia España

La datación de radiocarbono del es un método radiométrico de la datación que utiliza el carbono-14 natural del isótopo (¹⁴C) determinar la edad de los materiales carbonosos hasta cerca de 60. Crudas, es decir sin calibrar, las edades del radiocarbono se divulgan generalmente en " de los años del radiocarbono del ; antes del actual " de ; (BP), " Present" siendo definido como ANUNCIO 1950. Tales edades crudas se pueden calibrar para dar fechas civiles.

La técnica de la datación de radiocarbono fue descubierta por el Willard Libby y sus colegas en 1949 durante su arrendamiento como profesor en la Universidad de Chicago . Libby estimaba que la concentración de estado estacionario de la radiactividad del carbono-14 cambiable sería cerca de 14 desintegraciones por minuto (dpm) por gramo. En 1960, le concedieron el Premio Nobel Del en la química para este trabajo.

Una de las aplicaciones frecuentes de la técnica es hasta la fecha restos orgánicos de sitios arqueológicos. Las plantas fijan el carbón atmosférico durante fotosíntesis, así que el nivel de C14 en plantas y animales vivos iguala el nivel de C14 en la atmósfera.

La física básica

El carbón tiene dos estables, no radiactivo de los isótopos Carbon-12 (¹²C), y Carbon-13 (¹³C). Además, hay cantidades de rastro del carbono-14 inestable del isótopo (¹⁴C) en la tierra . El carbono-14 tiene un período de 5730 años y habría desaparecido hace tiempo de la tierra si no estaba para los impactos continuos del rayo cósmico en el nitrógeno en la atmósfera de tierra, que crean más del isótopo. Los neutrones que resultan de las interacciones del rayo cósmico participan en la reacción nuclear siguiente en los átomos de las moléculas del nitrógeno (N₂) en el aire atmosférico:

$n + \ mathrm {14}} \ rightarrow \ mathrm del _ del ~^ {{7} N {_ del ~^ {14} {6} C} + p$

El índice más alto de producción del carbono-14 ocurre en las altitudes de 9 a 15 kilómetros (30.000 pies), y en las latitudes geomagnéticas del alto, pero el carbono-14 se separa uniformemente a través de la atmósfera y reacciona con el oxígeno al dióxido de carbono de la forma . El dióxido de carbono también impregna los océanos que disuelven en el agua. Para el análisis de aproximación se asume que el flujo del rayo cósmico es constante durante largos periodos del tiempo; así el carbono-14 se produce a una tarifa constante y la proporción de radiactivo al carbón no radiactivo es constante: pieza del CA 1 por trillón (600 mil millones átomos/topo). En el 1958 Hessel de Vries demostró que la concentración del carbono-14 en la atmósfera varía con tiempo y lugar. Para el trabajo más exacto, estas variaciones se compensan por medio de las curvas de calibración cuando se utilizan estas curvas, su exactitud y la forma es los factores que determinan la exactitud y la edad obtenidas para una muestra dada.

Las plantas toman el dióxido de carbono atmosférico por la fotosíntesis, y son injeridas por los animales, así que cada cosa viva está intercambiando constantemente el carbono-14 por su ambiente mientras viva. Una vez que muere, sin embargo, las paradas de este intercambio, y la cantidad del carbono-14 disminuye gradualmente con el decaimiento beta radiactivo.

$\ mathrm {14}} \ rightarrow \ mathrm del _ del ~^ {{6} C {_ del ~^ {14} {7} N} + + \ barra {\ NU} _e$ del e^-

Emitiendo un electrón y un anti-neutrino, el carbono-14 es cambiado en el (no radiactivo) estable Nitrogen-14 . Este decaimiento se puede utilizar para medir cuánto tiempo hace el material de una vez que-vida murió. Sin embargo, las plantas acuáticas obtienen algo de su carbón de los carbonatos disueltos que son probables ser muy viejos, y así deficiente en el isótopo del carbono-14, así que el método es menos confiable para materiales tan bien como para las muestras derivadas de animales con tales plantas en su cadena alimentaria.

Cómputo de edades y de fechas

El decaimiento radiactivo del carbono-14 sigue un decaimiento exponencial . Una cantidad reputa conforme a decaimiento exponencial si disminuye a una tarifa proporcional a su valor. Simbólicamente, esto se puede expresar como la ecuación diferencial siguiente, donde está la cantidad el N y el λ es un número positivo llamado el constante de decaimiento del :

del l \ frac {dN} {despegue} = - \ lambda N.

La solución a esta ecuación es:

$N = N_0e^ {} \, - \ lambda t$ , donde, para una muestra dada de materia carbonosa: $N_0$ = número de átomos del radiocarbono en el $t = 0$ , es decir el origen del tiempo de la desintegración del, del
$N$ = número de átomos del radiocarbono que permanecen después de decaimiento radiactivo durante el tiempo $t$ del, del $del {\ lambda} = decaimiento de$ radiocarbon o desintegración constante del . Los tiempos relacionados
dos pueden ser definidos: *mean- o medio-vida del
: tiempo malo o medio cada átomo del radiocarbono pasa en una muestra dada hasta que decaiga. *half-life del
: el tiempo caducó para la mitad del número de átomos del radiocarbono en una muestra dada, al decaimiento,

Puede ser demostrado eso:

$t_ {} \, del avg$ = $\ frac {1} {\ lambda}$ = medio o medio-vida del radiocarbono = 8033 años (valor de Libby) de

$t_ \ frac {1} {2} \,$ = $t_ {} \ cdot \ ln 2 del avg$ = período del radiocarbono = 5568 años (valor de Libby) de

Notar que las fechas del están dadas acostumbradamente en los años BP que implique el t (BP) = - t porque la flecha del tiempo para las fechas funcionan en la dirección contraria de la flecha del tiempo para las edades correspondientes. De estas consideraciones y de la ecuación antedicha, resulta: Por una fecha cruda del radiocarbono: $t del (BP) = \ {\ ln \ frac {N} {N_0} del frac {1} {\ lambda}}$ y para una edad cruda del radiocarbono: $t del (BP) = - \ {\ ln \ frac {N} {N_0} del frac {1} {\ lambda}}$

Después de substituir valores, la edad cruda del radiocarbono se convierte en fórmulas equivalentes de siguiente unas de los:

usar el bajo e de los registros y la vida media:

$t (BP) = - t_ {} \ cdot \ ln {\ frac {N} {N_0}}$ del avg

usar el bajo 2 de los registros y el período:

$t (BP) = - t_ \ frac {1} {2} \ cdot \ log_2 \ frac {N} {N_0}$

Medidas y escalas

Las medidas son hechas tradicionalmente contando el decaimiento radiactivo de los átomos individuales del carbón por el de cuenta proporcional del gas o por el centelleo líquido que cuenta, pero éstas son relativamente insensibles y conforme a las incertidumbres estadísticas relativamente grandes para las pequeñas muestras (debajo alrededor del carbón 1g). Si hay el poco carbono-14 a comenzar con, un período que largo significa que muy pocos de los átomos decaerán mientras que su detección es (4 atoms/s) /mol frustrado enseguida después de la muerte, por lo tanto e. 1 (atom/s) /mol después de 10.

La sensibilidad ha sido aumentada desde entonces grandemente en el uso de las técnicas mass-spectrometric acelerador-basadas (AMS), donde todos los átomos de ¹⁴C se pueden contar directo, algo que solamente ésos que decaían durante el intervalo de cuenta asignado para cada análisis. La técnica del AMS permite hasta la fecha las muestras una que contienen solamente algunos miligramos de carbón, aunque la edad máxima divulgada siga siendo alrededor 60.

Las edades crudas del radiocarbono (es decir, ésas no calibradas) se divulgan generalmente en " de los años; antes del actual " de ; (BP). Éste es el número de radiocarbono los años antes 1950, basado en un nominal (y constante presunto - ver el " " de la calibración ; debajo) del nivel del carbono-14 en la atmósfera igual al nivel 1950. También se basan en un valor histórico del slightly-off para el período mantenido para la consistencia con más viejas publicaciones (véase el " " del período del radiocarbono; debajo). Ver la sección en el cómputo para la base de los cálculos. Las correcciones para el fraccionamiento isotópico no se han incluido.

Los laboratorios del radiocarbono divulgan generalmente una incertidumbre, e., 3000±30BP indica una desviación estándar de 30 años del radiocarbono. Esto incluye tradicionalmente solamente la incertidumbre de cuenta estadística y algunos laboratorios suministran un " multiplier" del error; eso se puede multiplicar por la incertidumbre para explicar otras fuentes de error en el proceso de medición. El error adicional es probable presentarse de la naturaleza y la colección de la muestra sí mismo, e., un árbol puede acumular el carbón durante un periodo de tiempo significativo. Tal madera vieja, dada vuelta en un artefacto una cierta hora después de la muerte del árbol, reflejará la fecha del carbón en la madera.

El límite de edad máximo actual del radiocarbono miente en la gama entre 58.000 años (aproximadamente 10 períodos) (refs de los cf 3). Se encuentra este límite cuando la radiactividad del ¹⁴C residual en una muestra es demasiado baja ser distinguida de la radiación de fondo .

Calibración

La necesidad de la calibración

BP crudo fecha no se puede utilizar directo como fecha civil, porque el nivel de ¹⁴C atmosférico no ha sido terminantemente constante durante el palmo del tiempo que puede ser radiocarbono anticuado. El nivel es afectado por variaciones en la intensidad del rayo cósmico que es afectada por variaciones en la magnetosfera de la tierra causada por las tormentas solares . Además hay depósitos substanciales del carbón en materia orgánica, sedimentos del océano, océano (véase el metano hidratar ), y el clima cambiante sedimentario de las rocas puede interrumpir a veces el flujo del carbón entre estos depósitos y la atmósfera. El nivel también ha sido afectado por el ser humano que actividad-casi fue doblado por un período corto debido a las pruebas de la bomba atómica en los años 50 y los años 60 y reducido por el lanzamiento de las granes cantidades de CO₂ de fuentes orgánicas antiguas donde no está los combustibles fósiles ¹⁴C presentes- usados en industria y el transporte, conocidas como el efecto de Suess.

La concentración atmosférica de ¹⁴C puede diferenciar substancialmente de la concentración en reservas de agua locales. Erosionado de CaCO₃ o de depósitos orgánicos, el carbón viejo puede ser asimilado y proporcionar fácilmente el carbón diluido de ¹⁴C en cadenas tróficas.

Métodos de la calibración

Las fechas crudas del radiocarbono, en los años de BP, por lo tanto están calibradas para dar fechas civiles. Las curvas de calibración estándar están disponibles, basado en la comparación de las fechas del radiocarbono de las muestras que se pueden fechar independiente por otros métodos tales como examinación de los anillos de crecimiento del árbol ( Dendrochronology ), de los corazones del sedimento del océano profundo de los corazones del hielo, de las muestras coralinas de Varves del sedimento del lago, y Speleothems (depósitos de la cueva).

Las curvas de calibración pueden variar perceptiblemente de una línea recta, así que la comparación de las fechas sin calibrar del radiocarbono (e., trazarlas en un gráfico o restar fechas para dar tiempo transcurrido) es probable dar resultados engañosos. Hay también mesetas significativas en las curvas, tales como los un a partir 11.000 años BP del radiocarbono, que se cree ser asociada a la circulación cambiante del océano durante el período más joven del Dryas . La exactitud de la datación de radiocarbono es más baja para las muestras que originan a partir de tales períodos de la meseta.

La versión 2004 de la curva de calibración extiende detrás absolutamente exactamente a 26. Ninguna errores en la curva de calibración no contribuyen más que los años ±16 al error de medida durante de BP de los períodos (0 - 6.000 los años prehistóricos históricos y últimos) y no más que los años ±163 durante los 26.000 años enteros de la curva, aunque su forma pueda reducir la exactitud según lo mencionado anteriormente.

Período del radiocarbono

Libby contra los valores de Cambridge

La datación al carbono fue desarrollada por un equipo llevado por el Willard Libby . Un período del carbono-14 de los años 5568±30 fue utilizado original, que ahora se conoce como el período de Libby. Más adelante una figura más exacta de los años 5730±40 era resuelta, que se conoce como el período de Cambridge. Sin embargo, los laboratorios continúan utilizando la figura de Libby para evitar inconsistencias al comparar fechas crudas y al usar curvas de calibración para obtener fechas calendrical.

Depósito del intercambio del carbón

La hipótesis original del depósito del intercambio de Libby ha sido criticada recientemente por el Anatoly Fomenko debido a sus asunciones centrales eso: (a) el depósito del intercambio es constante por todo el mundo; (b) las variaciones en nivel de ¹⁴C son globales, tales que una pequeña cantidad de muestras a partir de un año específico son suficientes para la calibración de la escala de la datación. Sin embargo, puesto que las primeras obras de Libby fueron publicadas (1950 a 1958), las variaciones temporales, latitudinales y continentales en el depósito del intercambio del carbón han sido observadas por el Hessel de Vries (1958; según lo repasado por el y otros, 1959, 1960 de Lerman). Posteriormente, se han desarrollado las curvas de calibración que permiten la corrección de las fechas crudas del radiocarbono. El depósito del efectúa que hagan necesario esta corrección incluyan:
La erosión del

y la inmersión del carbonato oscila (que son más vieja de 60.000 años y así que no contienen ¹⁴C) causa un aumento en ¹²C y ¹³C en el depósito del intercambio, que depende de condiciones atmosféricas locales y puede variar el cociente del carbón que los organismos vivos incorporan. Éste es insignificante creído puesto que la mayoría de la erosión fluirá en el mar.
Las erupciones volcánicas del

expulsan la gran cantidad de carbonato en el aire, causando un aumento en ¹²C y ¹³C en el depósito del intercambio y pueden variar el cociente de intercambio localmente. Esto explica la datación a menudo irregular alcanzada en áreas volcánicas.
el

¹⁴C se sabe para comportarse químicamente de una manera diferente de ¹²C y ¹³C (debido a diversa masa atómica), tales que es un isótopo posible estará implicado en reacciones de la descomposición fuera de cociente con otros isótopos, solamente los efectos químicos del comportamiento son extremadamente de menor importancia.

que la tierra no es afectada uniformemente por la radiación cósmica, la magnitud de la radiación depende de altitud de la tierra y de la fuerza de campo magnético de la tierra en cualquier localización dada, causando la variación de menor importancia en la producción local de ¹⁴C. Esto es explicada teniendo curvas de calibración para diversas localizaciones del globo. No obstante esto no podría ser realizada siempre, pues los anillos de árbol para la calibración eran solamente recuperables de ciertas localizaciones en 1958.

Estos efectos primero fueron confirmados cuando las muestras de madera de alrededor del mundo, que todas tenían la misma edad (basada en análisis de anillo de árbol), demostraron desviaciones de la edad dendrochronological . Las técnicas de la calibración basadas en muestras del árbol-anillo han contribuido para aumentar la exactitud desde 1962, cuando eran exactas a 700 años de en peor de los casos .

Los estudios de Speleothem amplían la calibración de ¹⁴C

(Las 2001) evidencias relativamente reciente han permitido que los científicos refinen el conocimiento de una de las asunciones subyacentes. Un pico en la cantidad del carbono-14 fue descubierto por los científicos que estudiaban el Speleothems en las cuevas en el Bahamas . Las estalagmitas son depósitos del carbonato de calcio dejados detrás de cuando el agua de filtración, conteniendo el dióxido de carbono disuelto, se evapora. Los niveles del carbono-14 fueron encontrados para ser dos veces más altos que niveles modernos. Estos descubrimientos mejoraron la calibración para la técnica del radiocarbono y ampliaron su utilidad a 45.000 años en el pasado.

Ejemplos

Huellas antiguas de Acahualinca
Mujer de Haraldskær
Hombre de Kennewick
Lago esquelético
Cubierta de Turín
Erupción de Thera
Mapa de Vinland
Cueva de Chauvet