Diapositiva 1

1
"Determinación de Edades por Carbono 14"
Laboratorio Universitario de Radiocarbono - LUR
2
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.
- Los isótopos de un mismo elemento tienen las
mismas propiedades químicas. - Pueden ser
estables o radiactivos (inestables).
3
Un isótopo es radiactivo cuando su núcleo no es
estable y se desintegra espontáneamente emitiendo
partículas y/o radiaciones.
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.
4
El Carbono 14, también conocido como
Radiocarbono, es el isótopo más pesado y el único
radiactivo del elemento carbono.
Carbono 13 6 protones 7 neutrones 1.1
Carbono 14 6 protones 8 neutrones 0.0000000001

Carbono 12 6 protones 6 neutrones 98.9
El Radiocarbono decae emitiendo partículas beta
cargadas negativamente.
b -
14C 14N antineutrino e-
5
Formación del Carbono 14
6
Cómo usar al 14C para fechar?

• Los seres vivos asimilan carbono (sus tres
  isótopos) constantemente.
• Su contenido de 14C está en equilibrio con el
  atmosférico, y es prácticamente constante
• 14C asimilados 14C que decaen.
• Al momento de morir, dejan de asimilar carbono,
  entonces su contenido de 14C comienza a
  disminuir.

7
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 - ln (A/A0)
• 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.

8
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.

9
Cómo corregir estas variaciones?

• 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.

10
Cómo corregir estas variaciones?

• 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.
• 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
11
Qué se puede fechar por 14C?

• Cualquier muestra de origen orgánico que no tenga
  más de 60,000 años de antigüedad.

Madera
Huesos
Conchas
Semillas
Suelos y sedimentos
Restos orgánicos en vasijas
Carbón y madera carbonizada
Pergaminos, papel, textiles
12
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.
13
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.
14
Cómo se determina el 14C en una muestra?

• LSC
• muestra grande (5 a 10 g)
• mejor control de contaminación
• se transforma a benceno
• se determina la radiación
• análisis tarda semanas
• máxima edad 30,000 años
• se logra precisión de 20 años
• tecnología con décadas de desarrollo

• AMS
• muestra pequeña (30mg a 3 mg)
• alta probabilidad de contaminación
• se transforma a grafito
• se determina el de átomos de 14C
• tiempo de análisis corto
• máxima edad 60,000 años
• hasta 10,000 veces más sensible
• tecnología nueva y muy costosa

15
En el Laboratorio Universitario de Radiocarbono
(LUR) utilizamos el método de Espectrometría de
Centelleo Líquido.
16
El proceso en el LUR

• 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.
17
El proceso en el LUR

• 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
18
El proceso en el LUR

• 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
19
El proceso en el LUR

• 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.
Realizando la calibración obtuvimos entonces que
la muestra tiene una edad calendario de entre Cal
AD 120 y 410.
20
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 (Cal BC 3300-3100,
Zurich 1991)
Sedimentos de la pirámide de Cuicuilco (Cal BC
380 - 174, Libby 1963)
21
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.