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Datación por radiocarbono, parte 1
Datación por radiocarbono, parte 2
Datación por radioisótopos: ¿son fiables los fundamentos de la técnica?
Sábana Santa de Turín - datación por radiocarbono
Mecanismo de Antikythera: realidad y ficción
Subtítulos
En este vídeo me gustaría centrarme, en primer lugar, en cómo aparece el carbono-14 y cómo penetra en todos los seres vivos. Y luego, ya sea en este video o en videos futuros, hablaremos sobre cómo se usa para fechar, es decir, cómo se puede usar para descubrir que este hueso tiene 12.000 años, o que esta persona murió hace 18.000 años. cualquier cosa. Dibujemos la Tierra. Esta es la superficie de la Tierra. Más precisamente, sólo una pequeña parte. Luego viene la atmósfera de la Tierra. Lo pintaré de amarillo. Aquí es donde tenemos la atmósfera. Firmémoslo. Y el 78%: el elemento más común en nuestra atmósfera es el nitrógeno. Es 78% nitrógeno. Lo anotaré: "nitrógeno". Su símbolo es N. Tiene 7 protones y 7 neutrones. Entonces masa atomica es aproximadamente 14. Y el isótopo más común del nitrógeno... Discutimos el concepto de isótopo en un video de química. En un isótopo, los protones determinan de qué elemento se trata. Pero este número puede cambiar dependiendo de la cantidad de neutrones disponibles. Opciones que se diferencian en este sentido de este elemento se llaman isótopos. Pienso en estos como versiones de un solo elemento. En cualquier caso, tenemos atmósfera, así como la llamada radiación cósmica que emana de nuestro sol, pero en realidad no es radiación. Estas son partículas cósmicas. Puedes pensar en ellos como protones individuales, que es lo mismo que los núcleos de hidrógeno. También pueden ser partículas alfa, que es lo mismo que los núcleos de helio. A veces también hay electrones. Llegan, luego chocan con los componentes de nuestra atmósfera y, de hecho, forman neutrones. Entonces, se producen neutrones. Denotemos un neutrón con una letra minúscula n, luego 1 es su número de masa. No escribimos nada porque aquí no hay protones. A diferencia del nitrógeno, donde había 7 protones. Así que, estrictamente hablando, no es un elemento. Una partícula subatómica. Entonces se forman los neutrones. Y de vez en cuando... Seamos realistas, esta no parece una reacción típica. Pero de vez en cuando uno de estos neutrones choca de cierta manera con un átomo de nitrógeno-14. Elimina uno de los protones de nitrógeno y, de hecho, él mismo ocupa su lugar. Te lo explicaré ahora. Elimina uno de los protones. Ahora, en lugar de siete protones, obtenemos 6. Pero este número 14 no cambiará a 13, porque se ha producido un reemplazo. Así que aquí quedarán 14. Pero ahora, como sólo hay 6 protones, esto, por definición, ya no es nitrógeno. Ahora es carbono. Y el protón que fue eliminado será emitido. Pintaré esto en un color diferente. Esto es una ventaja. Un protón emitido al espacio... Puedes llamarlo hidrógeno 1. De alguna manera puede atraer un electrón. Si no gana un electrón, será simplemente un ion de hidrógeno, al menos un ion positivo, o un núcleo de hidrógeno. Este proceso no es un fenómeno típico, pero ocurre de vez en cuando: así es como se forma el carbono-14. Aquí está el carbono-14. Básicamente, puedes considerarlo como nitrógeno-14, donde uno de los protones es reemplazado por un neutrón. Lo interesante es que se forma constantemente en nuestra atmósfera, no en grandes cantidades, pero sí en cantidades notables. Voy a escribir esto. Formación constante. Bien. Ahora... quiero que seas claro. Miremos la tabla periódica. Por definición, el carbono tiene 6 protones, pero el isótopo típico y más común del carbono es el carbono-12. El carbono 12 es el más común. La mayor parte del carbono de nuestro cuerpo es carbono-12. Pero lo interesante es que produce una pequeña cantidad de carbono-14, y luego ese carbono-14 puede combinarse con oxígeno para formar dióxido de carbono. Luego, el dióxido de carbono es absorbido por la atmósfera y el océano. Puede ser absorbido por las plantas. Cuando la gente habla de secuestro de carbono, en realidad se refiere al uso de energía. luz de sol para capturar gas carbono y convertirlo en tejido orgánico. Por eso se produce constantemente carbono-14. Está en los océanos, está en el aire. Se mezcla con todo el ambiente. Escribamos: océanos, aire. Y luego llega a las plantas. De hecho, las plantas están compuestas de este carbono fijo, que ha sido capturado en forma gaseosa y transferido, por así decirlo, a forma sólida, al tejido vivo. Por ejemplo, de esto está hecha la madera. El carbono se incorpora a las plantas y luego termina en quienes las comen. Podríamos ser nosotros. ¿Por qué es esto interesante? Ya he explicado el mecanismo, aunque el carbono-12 es el isótopo más común, una parte de nuestro cuerpo acumula carbono-14 durante nuestra vida. Lo interesante es que sólo puedes obtener este carbono-14 mientras estás vivo y mientras comes. Porque una vez que mueres y estás enterrado bajo tierra, el carbono-14 ya no puede formar parte de tus tejidos porque ya no comes nada que contenga carbono-14. Y una vez que mueres, ya no recibes reposición de carbono 14. Y el carbono-14 que tenías en el momento de la muerte se desintegrará mediante desintegración β (ya lo hemos estudiado) nuevamente en nitrógeno-14. Es decir, el proceso va hacia atrás. Entonces se desintegra en nitrógeno-14 y la desintegración β libera un electrón y un antineutrino. No entraré en detalles ahora. Básicamente, eso es lo que está pasando aquí. Uno de los neutrones se convierte en protón y durante la reacción lo emite. ¿Por qué es esto interesante? Como dije, mientras vivas, el carbono 14 entrará. El carbono 14 se descompone constantemente. Pero una vez que te vas y ya no consumes plantas ni respiras la atmósfera, si eres una planta, absorbes carbono del aire, que es de lo que se tratan las plantas... Cuando una planta muere , ya no consume dióxido de carbono de la atmósfera ni lo incorpora al tejido. El carbono 14 de este tejido está "congelado". Luego se desintegra a cierta velocidad. Luego se puede utilizar para determinar cuánto tiempo hace que murió la criatura. El ritmo al que esto sucede, el ritmo al que el carbono-14 se desintegra hasta que la mitad desaparece o se desintegra a la mitad es de unos 5.730 años. A esto se le llama vida media. Hablamos de esto en otros vídeos. A esto se le llama vida media. Quiero que entiendas esto. Se desconoce qué mitad ha desaparecido. Este es un concepto probabilístico. Sólo se puede suponer que todo el carbono-14 de la izquierda se desintegrará, y que todo el carbono-14 de la derecha no se desintegrará en esos 5.730 años. Básicamente, esto significa que cualquier átomo de carbono-14 tiene un 50 por ciento de posibilidades de descomponerse en nitrógeno-14 dentro de 5.730 años. Es decir, en 5.730 años, aproximadamente la mitad de ellos se descompondrán. ¿Por qué es importante? Si sabes que todos los seres vivos tienen una cierta cantidad de carbono-14 en sus tejidos como parte de sus sustancias constitutivas, y luego encuentras algo de hueso... Digamos que encuentras un hueso durante una excavación arqueológica. Dirás que este hueso tiene la mitad del carbono-14 de los seres vivos que te rodean. Sería perfectamente razonable suponer que este hueso debe tener 5.730 años. Es incluso mejor si profundizas aún más y encuentras otro hueso. Quizás un par de pies más profundo. Y encontrará que contiene 1/4 del carbono-14 que se encontraría en un ser vivo. ¿Entonces cuántos años tiene? Si solo tiene 1/4 de carbono-14, ha pasado por 2 vidas medias. Después de una vida media le quedaría 1/2 carbono. Luego, después de la segunda vida media, la mitad también se convertirá en nitrógeno-14. Así que aquí han ocurrido 2 vidas medias, lo que da 2 veces 5.730 años. ¿Cuál sería la conclusión sobre la antigüedad del artículo? Más o menos 11.460 años. Subtítulos de la comunidad Amara.org
Fundamentos fisicos
En 2015, científicos del Imperial College de Londres calcularon que el uso continuo de hidrocarburos anularía la datación por radiocarbono.
Los investigadores midieron el contenido de carbono 14 de los árboles que crecen en el sur de Jordania, determinaron su edad y compararon las fechas obtenidas con la escala del método estándar. Como resultado, encontraron discrepancias de un promedio de 19 años. Sin embargo, una inexactitud relativamente menor puede tener un impacto significativo en las primeras investigaciones arqueológicas bíblicas y en las reconstrucciones paleoecológicas. Los resultados se presentan en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
La datación por radiocarbono es uno de los principales métodos para datar plantas y objetos arqueológicos que contienen material orgánico. Los científicos lo han estado utilizando durante mucho tiempo, por lo que ahora se han desarrollado escalas estándar para los hemisferios norte y sur, que se denominan curvas de calibración. Representan la dependencia de las edades del calendario y del radiocarbono. Estas curvas se aproximan bastante a una línea recta, pero reflejan variaciones en las proporciones de isótopos en diferentes momentos.
"Hemos comenzado a probar las suposiciones en las que se basa todo el campo de la datación por radiocarbono", dice el autor principal Stuart Manning de la Universidad de Cornell en Estados Unidos. - Por mediciones atmosféricas de los últimos 50 años, sabemos que el contenido de isótopos de carbono varía a lo largo del año, y también entendemos que en varios puntos En el hemisferio norte, las plantas suelen crecer activamente en diferentes momentos. "Queríamos saber cuánto varía [la precisión de la datación por radiocarbono] dependiendo del área [geográfica] que se estudia, y si esto podría afectar la datación arqueológica".
El material para el estudio fueron árboles que crecen en el sur de Jordania, cuya edad conocen los científicos. Los autores midieron la edad de los anillos de sus árboles mediante datación por radiocarbono y encontraron un cambio de 19 años en relación con la curva de calibración estándar del hemisferio norte. Como resultado, dicen los científicos, muchos trabajos sobre la historia de esta región, que también incluye territorio moderno Israel puede estar basado en suposiciones incorrectas. Por ejemplo, tiene sentido volver a verificar la datación de los primeros acontecimientos bíblicos, ya que las curvas de calibración utilizadas en muchos estudios simplemente no son adecuadas para esta área.
Los autores aplicaron los resultados a varias tablas cronológicas publicadas anteriormente y descubrieron que incluso un pequeño cambio en la datación puede provocar un cambio en las fechas del calendario, lo que debe tenerse en cuenta a la hora de resolver cuestiones controvertidas de historia, arqueología y clima del pasado. "Nuestro trabajo debería ser el comienzo de un reexamen y un replanteamiento de la cronología de la arqueología y la historia temprana del sur del Levante durante el período bíblico temprano", concluye Manning.
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Impacto de las emisiones de carbono fósil
ver también
Literatura
- Gerasimov I. P. Estudios de radiocarbono del Laboratorio Radiométrico del Instituto de Geografía de la Academia de Ciencias de la URSS: Comunicación. 1-5: // Boletín de la Comisión para el Estudio del Cuaternario. Mensaje 1: 1975. No. 44. P. 154-159; Mensaje 2: 1976. No. 46. P. 185-189; Mensaje 3: 1979. No. 49. P. 179-187; Mensaje 4: 1980. No. 50. P. 206-213; Mensaje 5: 1983. Núm. 52. págs. 205-211.
- Wagner G.A. Métodos científicos de datación en geología, arqueología e historia: libro de texto. - M.: Tekhnosfera, 2006. - 534 p. - ISBN 5-94836-037-7.
- Koronovsky N.V. Geología general: libro de texto. - 2ª ed. - M.: Editorial "KDU", 2010. - P. 122-124. - 526 segundos. - ISBN 978-5-98227-682-7.
- * L. Currie"La notable historia metrológica de la datación por radiocarbono II". J.Res. Nacional. Inst. Pararse. Tecnología. 109 (2004) 185-217.
Notas
- Godwin, H. (1962). "Vida media del radiocarbono". Naturaleza. 195 (4845): 984. Código Biblico:
Mucha gente se refiere a los resultados de la datación por radiocarbono, pero no todo el mundo conoce la esencia y aplicabilidad de este método. Además, también existen "escollos" a los que definitivamente debes prestar atención. En la selección de materiales, los lectores encontrarán una rápida visión general del método del radiocarbono, así como opiniones a favor y en contra.
Datación por radiocarbono - método de datación materiales orgánicos midiendo el contenido del isótopo de carbono radiactivo 14C. Este método es ampliamente utilizado en arqueología y geociencias.
Fuentes de radiocarbono
La Tierra y su atmósfera son bombardeadas constantemente por corrientes radiactivas. partículas elementales desde el espacio interestelar. Al penetrar en la atmósfera superior, las partículas dividen los átomos allí, liberando protones y neutrones, así como estructuras atómicas más grandes. Los átomos de nitrógeno en el aire absorben neutrones y liberan protones. Estos átomos tienen, como antes, una masa de 14, pero tienen menos carga positiva; ahora su carga es de seis. Así, el átomo de nitrógeno original se convierte en un isótopo radiactivo de carbono:
donde n, N, C y p representan neutrones, nitrógeno, carbono y protones, respectivamente.
La formación de nucleidos de carbono radiactivos a partir del nitrógeno atmosférico bajo la influencia de los rayos cósmicos se produce a un ritmo medio de aprox. 2,4 at./s por cada centímetro cuadrado de la superficie terrestre. Los cambios en la actividad solar pueden provocar algunas fluctuaciones en este valor. Debido a que el carbono-14 es radiactivo, es inestable y gradualmente se convierte en los átomos de nitrógeno-14 a partir del cual se formó; En el proceso de tal transformación, libera un electrón, una partícula negativa, lo que permite registrar este proceso en sí.
La formación de átomos de radiocarbono bajo la influencia de los rayos cósmicos suele ocurrir en capas superiores atmósfera en altitudes de 8 a 18 km. Al igual que el carbono normal, el radiocarbono se oxida en el aire para formar dióxido radiactivo (dióxido de carbono). Bajo la influencia del viento, la atmósfera se mezcla constantemente y, en última instancia, el dióxido de carbono radiactivo, formado bajo la influencia de los rayos cósmicos, se distribuye uniformemente en el dióxido de carbono atmosférico. Sin embargo, el contenido relativo de radiocarbono 14C en la atmósfera sigue siendo extremadamente bajo: aprox. 1,2*10–12 g por gramo de carbono 12C ordinario.
Radiocarbono en organismos vivos.
Todos los tejidos vegetales y animales contienen carbono. Las plantas lo obtienen de la atmósfera y, dado que los animales comen plantas, el dióxido de carbono también ingresa indirectamente a sus cuerpos. Por tanto, los rayos cósmicos son la fuente de radiactividad de todos los organismos vivos.
La muerte priva a la materia viva de la capacidad de absorber radiocarbono. En los tejidos orgánicos muertos se producen cambios internos, incluida la desintegración de los átomos de radiocarbono. Durante este proceso, que dura 5730 años, la mitad del número original de nucleidos de 14C se convierte en átomos de 14N. Este intervalo de tiempo se llama vida media del 14C. Después de otra vida media, el contenido de nucleidos de 14C es solo 1/4 de su número original, después de la siguiente vida media, 1/8, etc. Como resultado, el contenido del isótopo 14C en la muestra se puede comparar con la curva de desintegración radiactiva y así establecer el período de tiempo transcurrido desde la muerte del organismo (su exclusión del ciclo del carbono). Sin embargo, para tal determinación de la edad absoluta de una muestra, es necesario suponer que el contenido inicial de 14C en los organismos durante los últimos 50.000 años (recurso de datación por radiocarbono) no ha sufrido cambios. De hecho, la formación de 14C bajo la influencia de los rayos cósmicos y su absorción por los organismos cambió algo. Como resultado, medir el contenido de isótopos 14C de una muestra proporciona sólo una fecha aproximada. Para tener en cuenta los efectos de los cambios en el contenido inicial de 14C, se pueden utilizar datos dendrocronológicos sobre el contenido de 14C en los anillos de los árboles.
El método de datación por radiocarbono fue propuesto por W. Libby (1950). En 1960, la datación por radiocarbono había ganado una amplia aceptación, se habían establecido laboratorios de radiocarbono en todo el mundo y Libby había recibido el Premio Nobel de Química.
Método
Una muestra destinada a la datación por radiocarbono debe tomarse utilizando un método absolutamente herramientas limpias y almacenar seco en condiciones esterilizadas. bolsa de plastico. Es necesaria información precisa sobre la ubicación y las condiciones de selección. Muestra de madera ideal carbón o el tejido debe pesar aproximadamente 30 g. Para las conchas, es deseable un peso de 50 g, y para los huesos, 500 g (las últimas técnicas, sin embargo, permiten determinar la edad a partir de muestras mucho más pequeñas). Cada muestra debe limpiarse a fondo de contaminantes viejos y jóvenes que contienen carbono, por ejemplo, de las raíces de plantas de crecimiento posterior o de fragmentos de rocas carbonatadas antiguas. Detrás limpieza previa Luego, la muestra se somete a un procesamiento químico en el laboratorio. Se utiliza una solución ácida o alcalina para eliminar minerales extraños que contienen carbono y materia orgánica soluble que puedan haber penetrado en la muestra. Después de esto, las muestras orgánicas se queman y las cáscaras se disuelven en ácido. Ambos procedimientos dan como resultado la liberación de gas dióxido de carbono. Contiene todo el carbono de la muestra purificada y, en ocasiones, se convierte en otra sustancia adecuada para la datación por radiocarbono.
Existen varios métodos para medir la actividad del radiocarbono. Uno de ellos se basa en determinar el número de electrones liberados durante la desintegración del 14C. La intensidad de su liberación corresponde a la cantidad de 14C en la muestra en estudio. El tiempo de conteo puede ser de varios días, ya que cada día sólo se desintegra alrededor de un cuarto de millonésima parte del número de átomos de 14C contenidos en la muestra. Otro método requiere el uso de un espectrómetro de masas, que identifica todos los átomos con una masa de 14; un filtro especial le permite distinguir entre 14N y 14C. Como no es necesario esperar a que se produzca la descomposición, el recuento de 14C se puede realizar en menos de una hora; Basta tener una muestra que pese 1 mg. El método de espectrometría de masas directa se llama datación AMS. En este caso se utilizan instrumentos complejos y de alta sensibilidad que, por regla general, se encuentran en centros de investigación en el campo de la física nuclear.
El método tradicional requiere equipos mucho menos voluminosos. En primer lugar se utilizó un contador que determinaba la composición del gas y que en principio era similar a un contador Geiger. El contador se llenó con dióxido de carbono u otro gas (metano o acetileno) obtenido de la muestra. Cualquier desintegración radiactiva que se produzca dentro del dispositivo produce un débil impulso eléctrico. Energía de radiación de fondo ambiente Suele fluctuar mucho, a diferencia de la radiación provocada por la desintegración del 14C, cuya energía suele estar cerca del límite inferior del espectro de fondo. La relación muy indeseable entre los valores de fondo y los datos de 14C se puede mejorar aislando el contador de la radiación externa. Para ello, el mostrador se cubre con pantallas de hierro o plomo de alta pureza de varios centímetros de espesor. Además, las paredes del propio contador están protegidas por contadores Geiger situados uno cerca del otro que, al retrasar toda la radiación cósmica, desactivan el propio contador que contiene la muestra durante aproximadamente 0,0001 segundos. El método de detección reduce la señal de fondo a unas pocas desintegraciones por minuto (una muestra de madera de 3 g que data del siglo XVIII arroja ~40 desintegraciones de 14C por minuto), lo que permite fechar muestras bastante antiguas.
Aproximadamente desde 1965, el método de centelleo líquido se ha generalizado en la datación. Convierte el gas carbonoso producido a partir de la muestra en un líquido que puede almacenarse y examinarse en un pequeño recipiente de vidrio. Al líquido se le añade una sustancia especial, un centelleador, que se carga con la energía de los electrones liberados durante la desintegración de los radionucleidos de 14C. El centelleador libera casi inmediatamente la energía almacenada en forma de ráfagas de ondas luminosas. La luz se puede capturar utilizando un tubo fotomultiplicador. Un contador de centelleo contiene dos de estos tubos. Una señal falsa se puede identificar y eliminar ya que la envía un solo teléfono. Los contadores de centelleo modernos se caracterizan por una radiación de fondo muy baja, casi nula, lo que permite datar desde alta precisión muestras de hasta 50.000 años de antigüedad.
El método de centelleo requiere una preparación cuidadosa de la muestra porque el carbono debe convertirse en benceno. El proceso comienza con una reacción entre el dióxido de carbono y el litio fundido para formar carburo de litio. Al carburo se le añade agua poco a poco y este se disuelve liberando acetileno. Este gas, que contiene todo el carbono de la muestra, se convierte, bajo la influencia de un catalizador, en un líquido transparente: el benceno. Siguiente cadena fórmulas químicas muestra cómo el carbono en este proceso se mueve de un compuesto a otro:
Todas las determinaciones de edad basadas en mediciones de laboratorio de 14C se denominan fechas de radiocarbono. Se dan en el número de años anteriores al presente (BP), y se toma como punto de partida la fecha moderna redonda (1950 o 2000). Las fechas de radiocarbono siempre se dan con una indicación de posible error estadístico (por ejemplo, 1760 ± 40 BP).
Solicitud
Normalmente, se utilizan varios métodos para determinar la edad de un evento, especialmente si estamos hablando acerca de sobre un hecho relativamente reciente. La edad de una muestra grande y bien conservada se puede determinar con una precisión de diez años, pero el análisis repetido de la muestra requiere varios días. Normalmente el resultado se obtiene con una precisión del 1% de la edad determinada.
La importancia de la datación por radiocarbono aumenta especialmente en ausencia de datos históricos. En Europa, África y Asia los primeros rastros hombre primitivo ir más allá de los límites de tiempo aplicables a la datación por radiocarbono, es decir, resultan tener más de 50.000 años. Sin embargo, la datación por radiocarbono entra dentro del alcance de fases iniciales organización de la sociedad y los primeros asentamientos permanentes, así como el surgimiento de ciudades y estados antiguos.
La datación por radiocarbono ha sido particularmente exitosa en el desarrollo de una línea de tiempo para muchas culturas antiguas. Gracias a esto, ahora es posible comparar el curso del desarrollo de las culturas y la sociedad y establecer qué grupos de personas fueron los primeros en dominar determinadas herramientas, crear nuevo tipo asentamientos o allanó una nueva ruta comercial.
La determinación de la edad mediante radiocarbono se ha vuelto universal. Después de formarse en las capas superiores de la atmósfera, los radionucleidos de 14C penetran en diferentes ambientes. Las corrientes de aire y las turbulencias en la atmósfera inferior aseguran la distribución global del radiocarbono. Al pasar en las corrientes de aire sobre el océano, el 14C ingresa primero a la capa superficial del agua y luego penetra en las capas más profundas. Sobre los continentes, la lluvia y la nieve llevan 14C a la superficie terrestre, donde se acumula gradualmente en ríos y lagos, así como en glaciares, donde puede almacenarse durante miles de años. El estudio de las concentraciones de radiocarbono en estos entornos aumenta nuestro conocimiento sobre el ciclo del agua en los océanos del mundo y el clima de épocas pasadas, incluida la última edad de hielo. La datación por radiocarbono de los restos de árboles talados por el avance del glaciar mostró que los más recientes periodo frio en la Tierra terminó hace aproximadamente 11.000 años.
Las plantas absorben anualmente dióxido de carbono de la atmósfera durante la temporada de crecimiento, y los isótopos 12C, 13C y 14C están presentes en las células vegetales en aproximadamente la misma proporción que en la atmósfera. Los átomos de 12C y 13C están contenidos en la atmósfera en proporciones casi constantes, pero la cantidad del isótopo 14C fluctúa dependiendo de la intensidad de su formación. Las capas de crecimiento anual, llamadas anillos de árboles, reflejan estas diferencias. La secuencia continua de anillos anuales de un solo árbol puede abarcar 500 años en el roble y más de 2000 años en la secuoya y el pino erizo. En las áridas regiones montañosas del noroeste de Estados Unidos y en las turberas de Irlanda y Alemania se han descubierto horizontes con troncos de árboles muertos diferentes edades. Estos hallazgos nos permiten combinar información sobre las fluctuaciones de las concentraciones de 14C en la atmósfera durante casi 10.000 años. La correcta determinación de la edad de las muestras durante la investigación de laboratorio depende del conocimiento de la concentración de 14C durante la vida del organismo. Durante los últimos 10.000 años, se han recopilado estos datos y normalmente se presentan en forma de una curva de calibración que muestra la diferencia entre el nivel de 14C atmosférico en 1950 y en el pasado. La discrepancia entre las fechas de radiocarbono y calibradas no excede ± 150 años para el intervalo entre 1950 d.C. y 500 a.C. Para épocas más antiguas, esta discrepancia aumenta y, con una edad de radiocarbono de 6.000 años, alcanza los 800 años.
Literatura:
Libby V.F. Determinación de la edad por radiocarbono. – En la colección: Isótopos en geología. Moscú, 1954.
Rankama K. Isótopos en geología. Moscú, 1956.
Plata L.R. Método del radiocarbono y su aplicación al estudio de la paleografía del período Cuaternario. Moscú, 1961.
Viejo, es decir. Geocronología nuclear. L., 1961
Plata L.R. Aplicación del método del radiocarbono en geología del Cuaternario. Moscú, 1965.
Ilves E.O., Liiva A.A., Punning J.-M.K. Método del radiocarbono y su aplicación en geología y arqueología del Cuaternario. Tallin, 1977
Arslanov H.A. Radiocarbono: geoquímica y geocronología. L., 1987
Últimamente ha habido mucha polémica en la Ciudad respecto a temas como historia alternativa, la cronología, el creacionismo y la teoría de la evolución. En el curso de las disputas, el tema “¿Es confiable la evidencia científica/generalmente aceptada de la edad de un artefacto, fenómeno, evento, etc. en particular?”
Por lo tanto, les traigo una descripción del método de datación por radiocarbono, como uno de los más comunes para determinar la edad de los artefactos.
Método de datación por radiocarbono es un método radiométrico que utiliza la abundancia natural del isótopo carbono-14 (14 C) para determinar la edad de los materiales que contienen carbono. Rango de aplicación: hasta 50.000 años.Datos de edad brutos, es decir Los datos que no han sido calibrados generalmente se denominan años de radiocarbono"hasta ahora". Como referencia cero, es decir. "Actualidad", se considera el año 1950 d.C.
La datación por radiocarbono fue inventada por Willard Libby, profesor de la Universidad de Chicago, y sus colegas en 1949. En 1960 recibió premio Nobel en química por su invento.
La esencia del método es que un isótopo estable de nitrógeno (14 N) en la atmósfera se expone a los rayos cósmicos, convirtiéndolo en el isótopo de carbono 14 C, que tiene una vida media de 5730 ± 40 años. Los organismos vivos, en el proceso de actividad vital, asimilan carbono atmosférico, acumulando en sus tejidos una cierta cantidad de 14 C, que luego se desintegra gradualmente (se supone que después de la muerte del organismo no hay una nueva entrada de 14 C al tejidos). A un investigador le basta con saber cuánto es 14 C en promedio este tipo El organismo se acumula a lo largo de su vida y determina cuánto permanece en los tejidos; basándose en estos datos, se calcula la edad en años de radiocarbono.
Una de las primeras demostraciones de la eficacia y precisión del método fue la medición de la edad de la madera procedente del entierro de un antiguo faraón egipcio, cuya edad se conocía de antemano gracias a documentos históricos.
Física del proceso.
El carbono tiene 2 isótopos estables: 12 C (98,89%) y 13 C (1,11%). Además, en la Tierra existen trazas del isótopo inestable 14 C (0,0000000001%). Este isótopo tiene una vida media de unos 5.730 años y, por tanto, debería haber desaparecido de la faz de la Tierra hace mucho tiempo. Sin embargo, los constantes flujos de rayos cósmicos que bombardean la atmósfera terrestre renuevan este suministro. Los neutrones producidos por el bombardeo de la atmósfera por rayos cósmicos entran en reacción nuclear con los núcleos de los átomos de nitrógeno:
norte+ 14 7 norte → 14 6 C+p
La mayor cantidad de 14 C se observa en la atmósfera a altitudes de 9 a 15 km y en latitudes altas, desde donde se propaga por la atmósfera y se disuelve en los océanos. Para análisis aproximado Se cree que la "producción" de 14 C se produce a un ritmo aproximadamente constante y que el contenido de 14 C en la atmósfera es aproximadamente constante (600 mil millones de átomos de 14 C por mol).
El carbono resultante se oxida rápidamente a 14 CO 2 y posteriormente es absorbido por plantas y microorganismos, ingresando posteriormente a la cadena alimentaria de otros organismos. Así, todo organismo vivo recibe constantemente una determinada cantidad de 14 C a lo largo de su vida. Tan pronto como muere, este intercambio se detiene y el 14 C acumulado se desintegra gradualmente en la reacción de desintegración beta:
14 6 C → 14 7 norte + mi - +v mi
Al emitir un electrón y un antineutrino, el 14 C se convierte en nitrógeno estable.
En 1958, Hessel de Vries demostró que la concentración de 14 C en la atmósfera puede variar mucho tanto en diferentes momentos como en diferentes lugares. Para mediciones más precisas, estos cambios se tienen en cuenta en forma de curvas de calibración. La siguiente figura muestra la dinámica de los cambios en la concentración de 14 CO2 en la atmósfera en Australia y Nueva Zelanda; un aumento significativo se debe a numerosas aplicaciones. armas nucleares en la atmósfera.
Además, se sabe que los organismos marinos pueden obtener carbono a partir de carbonatos disueltos en agua, cuya edad puede ser muy significativa; por lo tanto, pueden tener una "deficiencia" del isótopo 14 C, lo que hace que el método del radiocarbono sea mucho más menos fiable para este tipo de material.
Cálculo de edadLa desintegración del 14 C obedece a la ley exponencial. En otras palabras, el número de átomos que se desintegran en un período determinado depende del número inicial de átomos al comienzo de ese período. Número de átomos restantes CON después de que haya pasado el tiempo t , se expresará mediante la fórmula:
C = C 0 mi -t/t
Dónde Desde 0 - número inicial de átomos, t - tiempo medio de descomposición = t 1/2 (media vida) *ln2 , mi es la base del logaritmo natural.
Así, la era del radiocarbono RV (sin corrección por fluctuaciones en la cantidad de 14 C) se expresará mediante la fórmula:
t RV= -t 1/2 *registro 2 (C/C 0 )
Medidas y escalas
Métodos tradicionales Los cálculos del material de 14 C que queda en las muestras se basan en contar el número de átomos aún en descomposición (métodos de gas y líquido).centelleo basado en el recuento directo de "llamaradas" generadas por la desintegración de átomos individuales de 14 C en cámaras de centelleo especiales equipadas con sensores), pero son insensibles y pueden provocar grandes errores al estudiar muestras pequeñas (menos de 1 gramo de carbono). Así, por ejemplo, en una muestra de 10.000 años de antigüedad, el número medio de desintegraciones sería de 4 átomos/segundo por mol de carbono (unos 30-40 gramos para la madera), lo cual es demasiado bajo para obtener estadísticas fiables o lleva demasiado tiempo. (lo que también puede dar lugar a la acumulación de errores debido a centelleos extraños).
Espectrometría de masas isotópica
V últimos años se ha convertido en la principal herramienta para la datación por radiocarbono. Este método se basa en el hecho de que los átomos de diferentes isótopos (y las sustancias que los componen) tienen masa diferente. Las muestras de la sustancia se oxidan para formar dióxido de carbono(se eliminan los óxidos restantes), luego el gas resultante se ioniza y alta velocidad pasa a través de una cámara magnética, donde las moléculas cargadas se desvían de la trayectoria original. Cuanto mayor es la desviación, más ligera es la molécula y menos contiene 14 C. Al calcular la proporción de moléculas débilmente desviadas y fuertemente desviadas, es posible determinar la concentración de 14 C en la muestra con alta precisión. Este método permite datar muestras con una masa de sólo unos pocos miligramos en un rango de hasta 60.000 años (datos de 2005).
Calibración
Como se ha dicho repetidamente, este método depende en gran medida de la suposición de que el contenido de 14 C en la atmósfera es aproximadamente constante. Sin embargo, en la práctica este no es el caso. El nivel de 14 C depende de muchos factores. En primer lugar, de la intensidad de la radiación cósmica, que cambia en función de los cambios en el campo magnético de la Tierra, que, a su vez, se ve afectado por las llamaradas del Sol. Además, el equilibrio del 14 C puede verse alterado debido a las grandes emisiones de carbono a la atmósfera procedentes del océano (condensado de gas), de actividades volcánicas y de otro tipo. El cambio climático y la actividad humana también pueden alterar este equilibrio.
Las principales formas de calibrar el método, es decir, calcular el balance de 14 C en el período requerido, son comparar los resultados del método de radiocarbono con otros métodos independientes: dendrocronología, estudios básicos. hielo antiguo, sedimentos del fondo, muestras de corales antiguos, depósitos de cuevas y sedimentos.
El gráfico de calibración muestra la dependencia de la edad de radiocarbono de las muestras de su edad, calculada mediante una combinación de otros métodos. La precisión de calibración moderna (según datos de 2004) es de ±16 años para edades de hasta 6.000 años y no más de ±160 años para edades de hasta 26.000 años.
Por tanto, el método moderno de datación por radiocarbono es bastante preciso aproximar la edad de los especímenes, especialmente en Período histórico desarrollo de la civilización (4000 aC) Sin embargo, numerosos errores calibración faltante o incorrecta, métodos obsoletos para calcular la cantidad del isótopo 14 C y, como resultado, los "ajustes a la respuesta" que tuvieron lugar dieron Un terreno fértil para las dudas sobre la validez de la datación mediante este método..Sin embargo, ahora (de nuevo, con cierta salvedad) este método puede considerarse confiable, especialmente porque hay alrededor de 130 laboratorios independientes en el mundo que realizan esta investigación y se trabaja constantemente para mejorar la calibración.
Literatura
- Arnold, J. R. y Libby, WF (1949)Determinaciones de edad por contenido de radiocarbono: comprobaciones con muestras de edad conocida , Ciencia 110, 678-680.
- Libby, W.F. Datación por radiocarbono, 2.ª edición, Chicago, University of Chicago Press, 1955.
- C. Crowe, Actividad del carbono 14 durante los últimos 5000 años, Naturaleza, 182, (1958): 470 + refutaciones en el mismo número: a) K. O. Münnich, H. G. Östlund y H. de Vries, Naturaleza, 182, (1958): 1432 y b) H. Barker, Naturaleza, 182, (1958): 1433 - ambos proporcionan evidencia de cambios generalizados en los niveles de 14 C y, en consecuencia, proporcionan cálculos que dan edades mucho más jóvenes para las muestras presentadas por C. Crowe.
- de Vries, HL (1958). Variación de la concentración de radiocarbono con el tiempo y la ubicación en la Tierra. Actas Koninlijke Nederlandse Akademie Wetenschappen B, 61: 94-102; y en Researches in Geochemistry, P. H. Abelson (Ed.) (1959) Wiley, Nueva York, pág. 180
- Aitken, M.J. Física y Arqueología, Nueva York, Interscience Publishers, 1961.
- Libby, W.F. Radiocarbono; un reloj atómico, Revista anual de ciencia y humanidad, 1962.
- Kovar, AJ (1966)
