public carbono 14 latyr- 2005

Autor: FIGINI, A. 2005 - Publicación Científica N° 4 – LATYR – Museo de La Plata

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L A T Y R PUBLICACIÓN CIENTÍFICA N° 4

“DATACIÓN RADIOCARBÓNICA. TEORÍA, MÉTODO, PRÁCTICA Y LIMITACIONES: PARA ARQUEÓLOGOS Y GEOCIENTÍFICOS”.

FIGINI, ANÍBAL JUAN UNIDAD DE INVESTIGACIÓN LABORATORIO DE TRITIO Y RADIOCARBONO-LATYR- CONSEJO NACIONAL DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS Y TÉCNICAS-CONICET- FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MUSEO-UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA LA PLATA, 2005.-


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CONTENIDO Página - Abstract y Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1-Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2- El elemento químico carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3- Isótopos del carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4- Desintegración radioactiva. Período de semidesintegración . 4 5- Historia del descubrimiento de carbono-14. . . . . . . . . . . . . 4 6- Generación y distribución de carbono-14 en la naturaleza . . 5 7- Problemas debidos al método radiocarbónico . . . . . . . . . . . . 8 7.1- Aspectos físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 7.1.1- Edad radiocarbónica convencional . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

7.1.2- Exactitud y precisión en la medición de la actividad C-14.. 9 7.1.3- Rango de aplicación del método radiocarbónico . . . . . . . . . 10 7.1.4- Interpretación de una edad C-14 y su intercomparación estadística . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 7.2- Aspectos geofísicos. Calibración de edades radiocarbónicas . 12 7.3- Aspectos geoquímicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 7.3.1- Fraccionamiento isotópico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 7.3.2- Efecto de reservorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 8- Problemas extrínsecos al método radiocarbónico . . . . . . . . . . . 17 8.1- Tipos de muestras en la datación radiocarbónica . . . . . . . . . 17 8.2- Contaminación post-depositacional de la muestra . . . . . . . . 18 8.3- Efectos de la contaminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 8.4- Fuentes potenciales de contaminación . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 8.5- Tratamientos físicos y químicos para la descontaminación de las muestras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 9- Relación entre la “edad de muerte” de la muestra y la edad del evento (asociación muestra – evento). Selección de muestras . . 25 10- Discusión de resultados radiocarbónicos. Ejemplos. . . . . . . . 25 11- Edad biológica del material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 - Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 - Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 - Apéndice 1 – Comparar y combinar edades C-14 . . . . . . . . . . . 31


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“DATACIÓN RADIOCARBÓNICA. TEORÍA, MÉTODO, PRÁCTICA Y

LIMITACIONES: PARA ARQUEÓLOGOS Y GEOCIENTÍFICOS”.

Aníbal Juan Figini Laboratorio de Tritio y Radiocarbono-LATYR- Fac.Cs.Nat. y Museo-UNLP- Museo de La Plata - Paseo del Bosque s/n° - 1900-La Plata - Argentina. E-mail: [email protected] ABSTRACT. Radiocarbon (14C) is the most common radiometric dating tool applied in archaeology, geosciences and environmental research and is the main scientific method for chronological measurements during the last 40,000 years. 14C is present in organic matter derived from plants or animals, albeit in extremely small quantities. The 14C dating method is based on the measurement of the concentration of the radioactive isotope 14C. Sample selection is a critical component in the 14C dating process, thereby avoiding questionable results. Radiocarbon dating can provide an essential and unifying chronological basis across disciplines, despite precision limitations. Misconceptions or misunderstandings with regard to 14C dating can be technical in nature –such as isotopic fractionation correction, calibration and question of absolute dates, geochemical complications such as contamination, reservoir ages, annual versus pluri-annual samples, association "death age" - age of the event. However, the worst confusion is related to perceived or real quality problems of the dating results. Both 14C laboratories and non-specialist 14C users can be mistaken. The former in relation to methodology and accuracy, and the latter in relation to stratigraphical, geological, paleontological or cultural association. Several problems and limitations of the radiocarbon dating method are herein reported.

RESUMEN. El radiocarbono (14C) es el método de datación radimétrica más comúnmente aplicado en arqueología, geociencias e investigaciones del medio ambiente y es el principal método científico para mediciones cronológicas durante los últimos 40.000 años. El 14C esta presente en la materia orgánica derivada de las plantas y animales, si bien en cantidades extremadamente pequeñas. El método radiocarbónico se basa en la medición de la concentración del isótopo radioactivo del carbono (14C). En el proceso de datación 14C la selección de la muestra es un componente crítico, para evitar resultados cuestionables. La datación 14C puede proporcionar una base cronológica esencial y unificadora en las disciplinas de aplicación, pese a sus limitaciones. Erróneas interpretaciones o una falta de comprensión relacionadas con la datación 14C pueden ser de naturaleza técnica, tales como fraccionamiento isotópico, calibración y discusión de los fechados absolutos; complicaciones geoquímicas tales como contaminación, edad del reservorio, muestras con ciclo vital anual o plurianual, asociación entre la "edad de muerte" del material y la edad del evento. Sin embargo, una gran confusión se relaciona con la incorrecta comprensión y distinción de los problemas involucrados en los resultados de la datación 14C. El laboratorio de 14C y el usuario pueden estar equivocados. Los primeros en relación a la metodología y exactitud y los últimos en relación a la asociación estratigráfica, geológica, paleontológica o cultural. En esta presentación son informados varios problemas y limitaciones de la datación 14C. Key Words: Radiocarbon Dating. Method. Quaternary. Intrinsic and Incidental Problems. Data. Evaluation. Interpretation. Palabras claves: Datación Radiocarbónica. Método. Cuaternario. Problemas Intrínsecos y Extrínsecos. Fechados. Discusión. Interpretación


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1-INTRODUCCIÓN La datación empleando el carbono-14 ó radiocarbono, es el método para establecer cronologías más utilizado en los últimos 50 años en arqueología, geociencias e investigaciones del medio ambiente, abarcando los últimos 40.000 años. La peculiar ventaja del fechado radiocarbónico reside en su aplicabilidad tanto en los restos orgánicos (carbón vegetal; madera; colágeno de hueso; textiles; etc.) como en sustancias inorgánicas de carbono (valvas de moluscos, gasterópodos, carbonatos de suelos, corales, etc.). Debido a que está basado en un proceso absoluto de decaimiento radiactivo, puede proporcionar la cronología requerida por los prehistoriadores y científicos relacionados con el periodo Cuaternario tardío. El 14C está presente en la materia orgánica derivada de las plantas y animales, si bien en cantidades extremadamente pequeñas. El objetivo de todos los laboratorios de fechado radiocarbónico es determinar el contenido residual de 14C de una muestra. Entonces este valor se traduce en una "edad", que estima el tiempo que pasó desde el momento de la "muerte"del organismo viviente, animal o vegetal. Esto involucra al laboratorio la aplicación de varias técnicas: Pretratamiento de la muestra. Consiste en la remoción de sustancias de carbono extrañas ("contaminación") a la muestra; por ejemplo, material que no formó parte del compuesto de carbono original de la muestra a datarse (ej. raíces actuales en un carbón vegetal; ácidos húmicos en el colágeno del hueso; carbonatos secundarios depositados en la superficie de una valva de molusco; etc.) Preparación de la muestra para la medición de la actividad 14C. Involucra la conversión del carbono de la muestra pretratada, por combustión y síntesis química, en un compuesto químico definido (dióxido de carbono; o benceno; o grafito) para la estimación de la actividad residual del 14C en la muestra. Determinación de la actividad residual del 14C. El método radimétrico (o conteo convencional del decaimiento radioactivo de 14C) determina la actividad (A) de 14C en una muestra con respecto a un estándar de 14C (ácido oxálico suministrado por la National Bureau of Standard-NBS- de USA) luego de sustraer el valor de la actividad de fondo o background del equipo de medición, (determinado en una muestra sin actividad en 14C) a ambos, la muestra y el estándar de 14C - NBS, obteniéndose la actividad neta en 14C de dichas muestras. Para estas determinaciones, se emplea la técnica altamente sensible de detección de bajo nivel de actividad de 14C (muestras naturales), denominada de bajo nivel de conteo (low level counting: LLC). La datación radiocarbónica no es una ciencia simple. Muchos factores intervienen entre la recolección de una muestra en el campo y el informe final de la edad 14C de la muestra por el laboratorio. Algunos de éstos involucran al investigador en su trabajo de campo como a los científicos del laboratorio La datación 14C puede proporcionar una base cronológica esencial y unificadora en las disciplinas de aplicación, pese a sus limitaciones. Erróneas interpretaciones o una falta de comprensión relacionadas con la datación 14C pueden ser de naturaleza técnica, propios del método, tales como fraccionamiento isotópico; complicaciones geoquímicas de la muestra tal como "edad" del reservorio de carbono; variación de la actividad 14C en el dióxido de carbono atmosférico en el tiempo; calibración de la edad 14C. Otros factores conciernen al laboratorio, como son, los procedimientos químicos (pretratamientos; combustión; síntesis química), la determinación de la actividad 14C de la muestra estándar de 14C (ácido oxálico NBS), de la muestra "background" y medición en equipos especiales de la actividad residual del radiocarbono en una muestra.


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Existen factores que involucran a los investigadores: la selección de la muestra es un componente crítico en la datación radiocarbónica, para evitar algunos resultados cuestionables; conocimiento del ciclo del carbono con respecto a como se formó la muestra (carbonos originales); complicaciones geoquímicas de la muestra tal como “contaminación”; muestras con ciclo vital anual o plurianual; asociación entre la "edad de muerte" del material y la “edad” del evento en estudio y discusión de los fechados 14C. Sin embargo, una gran confusión se relaciona con la incorrecta comprensión y distinción de los problemas involucrados en los resultados de la datación 14C. El laboratorio de 14C y el investigador pueden estar equivocados. Los primeros en relación a la metodología y exactitud y los últimos en relación a la asociación estratigráfica, geológica, paleontológica o cultural. En este trabajo son informados varios problemas y limitaciones de la datación 14C. 2- EL ELEMENTO QUÍMICO CARBONO. Para comprender porque llamamos carbono y 14 (14C), debemos entender primero la estructura atómica de los elementos químicos. Tomamos por ejemplo, una barra de cobre y vamos cortándola sucesivamente en pedazos cada vez más pequeños. La subdivisión tiene un límite donde obtenemos una partícula extremadamente pequeña, invisible, con un peso insignificante o despreciable, que si no seguimos dividiéndola, todavía mantiene las propiedades físicas y químicas del cobre. Esta partícula diminuta (última subdivisión) se la denomina átomo del cobre. Los átomos, como el del cobre, de todos los elementos químicos están compuestos por un núcleo, conjunto extremadamente pequeño y muy denso, formado por dos partículas subatómicas: el protón (p) y el neutrón ( n ); y girando en órbitas alrededor del núcleo una tercera partícula subatómica: el electrón ( e- ). Si combinamos estas tres partículas subatómicas en distintas proporciones y diferentes números, obtenemos las estructuras atómicas de todos los elementos químicos: hidrógeno; carbono; nitrógeno; oxígeno; calcio; cobre; etc. Los protones y los electrones son partículas cargadas eléctricamente. La carga del protón se define como la unidad de carga positiva (+ 1). El electrón tiene otro tipo de carga, pero de igual intensidad que la del protón. Por tanto, decimos que el electrón tiene una unidad de carga negativa (- 1). La tercera partícula subatómica, el neutrón, no tiene carga eléctrica. Como el átomo es eléctricamente neutro, posee el mismo número de protones ( ejemplo, 6p = 6 + ) en el núcleo, que de electrones ( 6e- = 6 -) girando en las órbitas. El número de protones en el núcleo identifica a uno y solo a un elemento químico. Ejemplo, 1 p es hidrógeno; 6 p es carbono; 7 p es nitrógeno; 8 p es oxígeno; 20 p es calcio; etc.

3- ISÓTOPOS DEL CARBONO. Como regla general un elemento químico puede estar formado por más de una estructura atómica. Por ejemplo, existen en la naturaleza tres estructuras atómicas diferentes cuyos núcleos tienen 6 p. Como tienen un mismo número de protones en el núcleo, corresponden a un mismo elemento químico: el Carbono (símbolo químico: C ). Giran en sus órbitas 6 electrones en las tres estructuras. Pero una tiene 6 n en su núcleo; otra, 7 n y la tercera 8 n. Tenemos tres estructuras con igual número de protones en sus núcleos, pero diferente número de neutrones. Se las conoce como isótopos del Carbono. Debemos identificar a los tres isótopos del Carbono. Para ello, sumamos el número de protones y neutrones en el núcleo. En la primera estructura tenemos: 6 p + 6 n = 12 partículas; en la segunda: 6 p + 7 n = 13; y en la tercera: 6p + 8 n = 14. Los isótopos los identificamos como Carbono-12 (12C); Carbono-13 (13C) y Carbono-14 (14C ). El 12C y el 13C son isótopos estables; los núcleos de estos dos átomos han sido constantes desde la formación de la tierra (4.500.000.000 años) . En número de protones y neutrones en el núcleo del 12C y 13C no se modifica a través del tiempo, independiente de la reacción química y el compuesto químico que formen (carbonato; dióxido de carbono; hidratos de carbono; proteínas;


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grasas; etc.). Pero el 14C es un isótopo inestable o radiactivo. El número de protones (6 p) y de neutrones (8 n) en el núcleo, se modifica con el tiempo. Su inestabilidad se debe a que su núcleo posee una energía mayor a la de un núcleo estable. 4- DESINTEGRACIÓN RADIOACTIVA. PERÍODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN -T1/2 - El 14C sufre un proceso que se denomina de desintegración radioactiva, donde se modifica la proporción de protones y neutrones del núcleo, dando lugar a la formación de otro núcleo estable, de otro elemento químico: el Nitrógeno-14, (14N), y emitiendo una partícula denominada beta (β- ) desde el núcleo. Las propiedades de la partícula beta son similares al electrón. La desintegración radioactiva se simboliza :

14C ⇒ 14N + β- ( 1 ) Carbono-14 ⇒ Nitrógeno-14 + electrón Neutrón ⇒ Protón + electrón De acuerdo a la ecuación ( 1 ), hay una relación cuantitativa donde por cada isótopo de 14C que se desintegra se produce una partícula beta ( β- ). Esta relación es usada en los métodos convencionales (medición en fase gaseosa y medición en fase líquida, de la actividad 14C ) para determinar la concentración de radiocarbono en una muestra. El proceso de desintegración radiactiva es constante, no se modifica por las condiciones naturales de temperatura, presión, etc., y es espontáneo (obedece a leyes de probabilidad). No todos los núcleos inestables de 14C desintegran a un mismo tiempo, lo van haciendo en el tiempo siguiendo una probabilidad. El período de semidesintegración ( T1/2 ) del 14C es de 5568 años (Arnold and Libby, 1951). Es decir, si suponemos una caja con 1.000.000 de isótopos de 14C ( concentración inicial, ci ), cuando pasan 5568 años (1T1/2) se desintegran 500.000 átomos de 14C quedando en la caja 500.000 átomos de 14C (concentración final, cf). Si dejamos pasar otros 5568 años se desintegran 250.000 átomos de 14C, quedando en la caja 250.000 átomos de 14C; y así sucesivamente. Siempre quedarán la mitad de los átomos de 14C cuando pasan 5568 años ( 1 T1/2 ). Cuando pasan 37.000 años solo quedarán 1% de los átomos iniciales de 14C en la muestra fósil. Es decir en la caja solo quedarán 10.000 átomos de 14C (1% de los átomos iniciales). El límite máximo aproximado de esta metodología científica para medir tiempo es de aproximadamente 40.000 años; representa una actividad en 14C de 0,68 por ciento de carbono moderno.

5-HISTORIA DEL DESCUBRIMIENTO DE CARBONO-14 Dado que la edad de la tierra es de aproximadamente 4.500 millones de años, enormemente mayor al período de semidesintegración del 14C (T1/2 = 5568 años), no existirían en la actualidad, producto de su desintegración radioactiva, átomos de 14C generados en los orígenes de la tierra. La radiación cósmica por definición son aquellas partículas, principalmente protones, que alcanzan la tierra desde el espacio interestelar más allá del sistema solar. Hay evidencia de una relativa constancia del flujo de rayos cósmicos en el sistema solar durante cientos, miles y millones de años (Libby, 1947; Kuzminov and Pomansky, 1980). El descubrimiento de la radiación cósmica por V.F. Hess, en el año 1911, condujo a la hipótesis sobre los posibles efectos permanentes que esta radiación podría tener en la superficie de la tierra. Poco después del descubrimiento del neutrón (1930) en un núcleo atómico, se llegó a establecer en las capas más alta de nuestra atmósfera, la presencia de neutrones libres (Korff and Danforth, 1939), con un máximo de intensidad aproximadamente a los 13.000 metros de altura, para disminuir su concentración por encima y por debajo de esa altura. Estos neutrones libres en la atmósfera fueron originados por los rayos cósmicos. De inmediato se consideró las posibles transmutaciones nucleares que podrían ocasionar los neutrones sobre los gases de la atmósfera


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terrestre. Se llevaron a cabo primero en el laboratorio estudios acerca de los efectos de neutrones sobre los elementos químicos del aire, el nitrógeno (casi un 80% del aire) y el oxígeno (casi un 20% del aire). Se descubrió así la reacción nuclear de generación de 14C:

14N + 1 n ⇒ 14C + 1 p ( 2 ) Nitrógeno-14 + 1 neutrón ⇒ Carbono-14 + 1 protón

Por consiguiente, puede esperarse que los neutrones originados por la radiación cósmica produzcan carbono-14 en la atmósfera terrestre (Libby, 1946). Anderson et al. (1947) en el laboratorio de W.F. Libby, en el cual se desarrolló también la técnica del carbono sólido en tubo Geiger-Muller para medir concentraciones naturales de 14C (Libby, 1947; Anderson et al., 1951), por una experiencia simple pero conclusiva determinaron la existencia de carbono-14 en organismos vivientes, en una concentración que concordaba con la prevista teóricamente. Con un valor, en plantas y animales vivientes, constante en la actividad de 14C por unidad en peso de carbono y uniforme en todas las latitudes de la tierra. Realizando a su vez la predicción de la aplicación de esta experiencia a la datación radiocarbónica en arqueología y otras ciencias. La primera lista de dataciones radiocarbónicas fue publicada en el año 1951 (Arnold and Libby, 1951). La primera muestra datada por 14C, que figura en la lista con el código C-1, fue una viga de madera de acacia en excelente estado de preservación de la tumba de Zoser en Sakkara. Con una edad conocida de 4650 ± 75 años, se determinó una edad de 3979 ± 350 años 14C AP (AP: antes del año 1950). Estas primeras dataciones fueron realizadas en el laboratorio de W. Libby, con sus colaboradores principales Ernest C. Anderson y James R. Arnold, del Institute for Nuclear Studies, University of Chicago, de los Estados Unidos. El doctor Willard Frank Libby (1908 - 1980), que nació en el estado de Colorado, Estados Unidos, y se graduó en la Universidad de California, Berkeley, con el descubrimiento de la datación radiocarbónica se constituyó en uno de los investigadores más destacados del siglo 20. Fue merecidamente distinguido con el premio Nobel de Química en 1960 por el método radiocarbónico. Conociendo estas investigaciones se comienzan a instalar, desde 1950, laboratorios de carbono-14 en todo el mundo (la lista en Radiocarbon 47 (3): 1395-1415, del año 2005, cita 110 labs. convencionales y 33 AMS. Por convenio entre el CONICET-UNLP, se instaló el laboratorio de 14C en el Museo de La Plata (sigla internacional: LP) en los comienzos de la década de los años sesenta. Se constituyó en la primera unidad de Geocronología en la Argentina y en la actualidad es el único laboratorio en sudamérica que realiza específicamente dataciones radiocarbónicas. Su funcionamiento permanente comienza a partir de 1975 hasta la actualidad como Laboratorio de Tritio y Radiocarbono-LATYR- (Fac.Cs.Nat. y Museo-UNLP / CONICET). En 1977 se comunica el sistema de medición del LATYR y la primera medición radiocarbónica ( Figini et al.,1977a ,b ) efectuada totalmente en Argentina, en el Congreso Internacional sobre Agua, en Mar del Plata, Argentina. El LATYR integra un grupo de laboratorios de 14C de buena calidad analítica para obtener resultados C-14 confiables y reproducibles (Figini et al, 1999; 2004), continuando hasta la actualidad realizando gran número de comunicaciones científicas, servicios a la comunidad científica y docencia universitaria. 6- GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE CARBONO-14 EN LA NATURALEZA. El carbono-14 se forma en la naturaleza fundamentalmente en la parte superior de nuestra atmósfera( 13.000 m). Los neutrones generados por la radiación cósmica son capturados por los


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núcleos de nitrógeno-14, de nuestro aire, formándose el isótopo radiactivo del carbono: carbono-14. Una vez formado se oxida (oxígeno del aire) para dar una molécula de dióxido de carbono radiactivo ( 14CO2 ).

Figura 1 – Distribución del carbono-14 en la naturaleza.

14N + 1 n ⇒ 14C + 1 p ( 3 ) 14C + O2 ⇒ 14CO2 ( 4 )

La producción de 14C ha sido aproximadamente constante por más de 100.000 años, dada la relativa constancia de la intensidad de la radiación cósmica. Se producen (Castagnoli and Lal, 1980) en el orden de 120 átomos de 14C por cm2 de superficie terrestre y por cada minuto (120 átomos de 14C /cm2.min). La intensa circulación de masas de aire uniforman rápidamente la concentración de C-14 en la atmósfera, produciéndose la mezcla con los otros isótopos estables (12C y 13C): integrándose la mezcla de gases en la atmósfera: 14CO2 + 13CO2 + 12CO2 . En el ciclo dinámico del carbono, este dióxido de carbono (representa el 0.03% de los gases atmosféricos) es intercambiado con los otros reservorios de carbono, principalmente la biosfera y los océanos, alcanzando estos reservorios dinámicos del carbono una actividad de equilibrio estable en 14C de 13.56 desintegraciones / minuto.g C = 13.56 dpm / g C. Como el 14C es inestable parte de los átomos que se producen se desintegran:

14C ⇒ 14N + β- ( 5 ) El número de átomos de 14C que desintegran aumenta al incrementarse su número (ver sección 4). Por tanto, en la atmósfera a medida que se produce 14C se va incrementando su inventario. Se llegará a tener un número, N, de átomos de 14C que producirán una desintegración de 120 átomos de C-14 / cm2.min. Por consiguiente obtendremos un equilibrio dinámico en la cantidad de átomos de C-14 en la atmósfera y los otros reservorios de carbono (biosfera; océanos) dado que es el mismo el número que se producen que el que desintegran (120 átomos/cm2.min). En este equilibrio la abundancia relativa de los isótopos del carbono en la atmósfera y sus reservorios es aproximadamente: 98,9% de 12C; 1,1% de 13C y 0,0000000001% de 14C. Esta relación de abundancia isotópica, significa una actividad de 14C en unidades absolutas de 13,56


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desintegraciones por minuto y por cada gramo de carbono (13,56 dpm / g C), medida en 1950, y en unidades relativas es del 100% de carbono moderno (100 pMC). La distribución planetaria de C-14 en la biosfera y océanos es uniforme en función del tiempo y el espacio (Lobby et al., 1949). En el ciclo del carbono, a través de la fotosíntesis, las plantas absorben CO2 atmosférico formándose hidratos de carbono (principalmente celulosa: polímero de la glucosa):

6 CO2 + 6 H2O ⇒ C6 H12 O6 + 6 O2 ( 6 )

dióxido de carbono + agua ⇒ hidrato de carbono + oxígeno Todos los átomos de carbono de los hidratos de carbono (C6 H12 O6) de las plantas provienen por fotosíntesis del CO2 atmosférico, por tanto tendrán una concentración de 14C del 100 pMC (la de la atmósfera). Los animales herbívoros incorporan carbono en sus tejidos a través de la alimentación con vegetales. Todos los animales en la cadena alimentaria, incluyendo los carnívoros, toman sus carbonos directa o indirectamente de las plantas. El efecto neto es que los compuestos orgánicos (hidratos de carbono; proteínas y grasas) formados en el proceso metabólico en todos estos organismos vivientes, tienen la misma concentración de 14C de las plantas o del CO2 atmosférico: 100 pMC o 13,56 dpm / g C. Ver Figura 1 la distribución del carbono-14 en sus reservorios naturales. Como la concentración de 14C en la atmósfera ha sido constante por lo menos en los últimos 100.000 años (constancia en la intensidad de los rayos cósmicos), todos los organismos vivientes en distintas épocas, por ejemplo hace 40.000 años o hace 10.000 años o hace 500 años, etc., cuando vivían, tenían la misma concentración en 14C: 100 pMC. Cuando un organismo, animal o vegetal, muere cesa la función metabólica y los carbonos de sus compuestos químicos no serán reemplazados. Dado que el 14C es inestable su concentración inicial del 100 pMC, en el momento de la muerte del organismo, comenzará a disminuir en

Fig. 2- Curva de decaímiento radioactivo del carbono-14. Ao = 100 pMC (0 años

A.P.). T1/2 = 5568 años.


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función del tiempo que vaya transcurriendo. Cuando pasen 5568 años (T1/2 = período de semidesintegración del 14C) desde su muerte, el resto fósil tendrá solo un 50 pMC ( Ao / 2 ); y así sucesivamente (ver Figura 2). Midiendo la concentración de C-14 residual, Cf, en un resto fósil (Ejemplo: cf = Ao/8 = 100 / 8 =12.5 pMC ) podemos calcular la "edad de muerte", t, de la muestra. Empleando la ecuación 7, obtenemos: t = (T1/2 / ln 2) . ln ( Ao / Cf ) = 8033 ln (100 / 12.5 ) = 16.704 años 14C ( 7 ) t = edad en años 14C antes del presente AP (BP) Ao = 100 pMC (al momento de la muerte del organismo). Cf = actividad neta de 14C en la muestra fósil (en el ej. 12,5 pMC) T½ = 5568 años ln 2 = 0.693 ln : logaritmo natural.

7 PROBLEMAS DEBIDOS AL MÉTODO RADIOCARBÓNICO. La datación radiocarbónica tiene ciertos problemas intrínsecos inherentes al método. Estos pueden ser agrupados bajo aspectos físicos, geofísicos y geoquímicos.

7.1 Aspectos físicos. Consideraremos en este capítulo aspectos de la Física; nos referimos a mediciones y su error. Analizaremos la "edad radiocarbónica convencional" (Stuiver and Polach, 1977); la exactitud y precisión en la medición de la actividad 14C en una muestra; rango de aplicación del método radiocarbónico; e interpretación e intercomparación de edades radiocarbónicas. 7.1.1 Edad radiocarbónica convencional.

Existen hoy día tres métodos para medir la actividad 14C residual en las muestras naturales. Los denominados convencionales: (a) En la década del cincuenta se desarrolló el Contador Proporcional en fase gaseosa (GPC) y (b) En la década del sesenta se introdujo la Espectrometría de Centelleo Líquido (LSC) . En la década del ochenta aparece el tercero, es la (c) Espectrometría de Masas con Acelerador (AMS). Las tres técnicas de medición lo hacen con la misma exactitud y precisión. El conocimiento de la actividad neta 14C de la muestra (cf) permite determinar la "edad de muerte" (t) de la misma (ver sección 6, ecuación 7). Los laboratorios informan la "edad 14C convencional" establecida por Stuiver and Polach (1977), que responden a los supuestos básicos del método, usando: (a) T1/2 como 5568 años; (b) la actividad media 14C en la atmósfera (ver sección 7.2) se la supone constante e independiente del tiempo (13,56 dpm / gC ó 100 pMC); (c) el estandar (Stuiver, 1983) usado para medir la actividad 14C atmosférica, es el ácido oxálico NBS (Ox I); permite conocer la actividad 14C inicial, Ao, de los organismos vivos (100pMC); (d) la actividad 14C medida debe ser corregida por fraccionamiento isotópico a δ13 = - 25 o/oo, antes de calcular la "edad" de la muestra (ver sección 7.3.1); (e) el momento de la "muerte" de un vegetal o un animal es el punto en el cual cesa el intercambio de carbono con el medio ambiente (sistema cerrado) (ver sección 8.2 – "Contaminación") y la actividad 14C disminuye únicamente por decaímiento radioactivo;


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(f) el año de referencia o año cero, desde donde se comienza a contar el tiempo o la edad 14C informada es el año 1950 AD, indicado como antes del presente, AP (ó en la lengua inglesa: BP before present); (g) el error informado con la edad 14C (ver sección 7.1.1), contempla los errores únicamente azarosos (distribución estadística normal o gaussiana de los valores) de la medición de la actividad 14C en la muestra; significa una desviación estándar( ± 1σ ). Los laboratorios no corrigen la edad 14C convencional por efecto de reservorio (ver sección 7.3.2). Las razones por las cuales la datación radiocarbónica no dá la "edad" directamente en años calendáricos son: (i) porque el T1/2 más exacto conocido actualmente es 5730 ± 40 años (Godwin, 1962) y (ii) la concentración 14C en la atmósfera, 100 pMC, no ha sido constante en el tiempo. Ambas inexactitudes son corregidas ahora por lo que se denomina "calibración" (INTCAL98) que permite transformar la edad 14C informada de la muestra por el laboratorio a años calendáricos antes del presente, AP (before present, BP), antes del año 1950 AD (ver punto 7.2). Hoy día existen programas de calibración. 7.1.2 Exactitud y precisión en la medición de la actividad 14C. La exactitud es la mejor aproximación posible de la "edad" (valor medio) determinada en la muestra a la "edad 14C verdadera". El lab. no puede determinar la magnitud de su corrimiento porque no conoce la "verdadera edad de muerte del organísmo". El laboratorio solamente determina la precisión (± 1σ) de una medición, que describe la variación azarosa (normal o gaussiana) en la medición de la actividad 14C, es decir la reproducibilidad de los fechados obtenidos de diferentes fracciones homogéneas de la misma muestra.. El Laboratorio debe ser exacto y preciso en sus mediciones de la actividad 14C en las muestras.

Figura 3. Histograma de varios datos 14C (5 muestras asociadas: similar edad) comparados con la distribución Normal o Gaussiana (línea llena con forma de campana).


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El decaimiento radioactivo es un proceso estadístico. Por consiguiente, las mediciones de la actividad 14C y por ende su "edad" tienen variaciones respecto a la "edad 14C verdadera" por procesos azarosos, debidos a la desintegración radioactiva. Estas variaciones azarosas son expresadas como desviación estandar ( σ ), la cual es informada por los laboratorios con el valor medio de la "edad 14C" de la muestra. Los laboratorios por convención (Stuiver and Polach, 1977) siempre deben informar el valor medio con una desviación estandar (± 1σ ). Ejemplo: 2050 ± 40 años 14C AP. De acuerdo a lo planteado, cuando se realizan mediciones, por ejemplo, sobre varias muestras asociadas con una misma “edad 14C verdadera”, los resultados 14C se distribuyen azarosamente en forma Normal o Gaussiana, Figura 3. El valor de la desviación estandar (± 1σ )( representado gráficamente -Fig.3- por un determinado ancho de la campana en la distribución estadística normal o gaussiana de valores), depende de (Tabla 1): (a) la cantidad en gramos de carbono que contiene la muestra, usada en la medición de su

actividad 14C; (b) de la actividad 14C específica y por ende de la "edad 14C" de la muestra (una mayor actividad

14C corresponde una menor "edad" y viceversa).

Gramos de carbono 1.0 g 4.0 g Edad 14C AP 0 ± 45 ± 20 500 ± 60 ± 30 10.000 ± 90 ± 45 20.000 ± 200 ± 100

Tabla 1. Desviación estandar (± 1σ ) que resultan del análisis de cantidades variables de carbon (1g y 4g) de diferentes edades 14C. El tiempo de medición es rutinariamente 2 días (2880 minutos). La magnitud de la desviación estandar (± 1σ ), para una igual cantidad de carbono y la misma edad 14C de la muestra, depende del tiempo de medición de la actividad 14C (Tabla 2).

Tiempo de medición 1.000 minutos 2.000 minutos 4.000 minutos

± 1 σ ± 80 ± 56 ± 40 Tabla 2- Desviación estandar en función del tiempo de medición (con la misma cantidad de carbono muestra y "edad" 14C). Los laboratorios obtienen edades 14C con una precisión de aproximadamente ± 0.5 pMC (± 40 años). Mediciones de máxima precisión, 0,2 a 0,3 pMC (equivalente a ±16 a ± 24 años) son llamadas "mediciones de alta precisión", que generalmente son usadas para construir la curva de "calibración", que transforma una edad 14C en años calendarios. Estas precisiones pueden lograrse solamente bajo ciertas condiciones, incluyendo una cantidad grande de material a fechar (ej. 20 g de carbono en los laboratorios convencionales), equipos de medición con muy bajo background (muestra con 0 pMC) y un laboratorio de muy buena calidad analítica. En una clasificación más general, la incertidumbre (precisión) puede atribuirse no solo a la estadística de conteo de las desintegraciones del 14C (error azaroso), como hemos visto, sino tambien al fraccionamiento isotópico (ver sección 7.3.1), a la contaminación de la muestra (ver sección 8.2) y a una limitada precisión del equipo de medición de la actividad 14C (errores sistemáticos).


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7.1.3 Rango de aplicación del método radiocarbónico. El rango aproximado es entre 200 a 40.000 años 14C AP. El límite máximo puede variar de acuerdo a las diferentes condiciones del laboratorio. Cuando se determina una edad radiocarbónica convencional más “jóven” que los 200 años 14C BP, corregida por efecto de reservorio (ver sección 7.3.2 ), los laboratorios la informan como “moderna” (Stuiver and Polach, 1977). Cuando la muestra es muy “vieja” y su actividad 14C no puede diferenciarse de una muestra de “edad 14C” infinita, muestra conocida como fondo o “background” ( 0 pMC), donde la actividad 14C neta de la muestra es menor a dos desviaciones estandar ( < 2σ ), la edad 14C resultante debe ser informada como “más vieja que” (ejemplo: ≥ 40.000 años 14C AP) (Stuiver and Polach, 1977). 7.1.4 Interpretación de una edad 14C y su intercomparación estadística. Los laboratorios informan los resultados radiocarbónicos de acuerdo a una convención (Stuiver and Polach, 1977) (ver sección 7.1 ). La edad 14C determinada en un material es realmente una estimación de la "edad 14C verdadera" (desconocida), que corresponde a la "edad de muerte del organismo". Por ejemplo, 1.000 ± 100 años 14C A.P. Significa que existe un 68% de probabilidad (± 1σ) que la "edad 14C verdadera" se encuentre dentro del rango 900 a 1.100 años 14C. Pero hay un 32% que la "edad 14C verdadera" caiga fuera del mismo. Existe un 95% (± 2σ ) de probabilidad que pueda hallarse dentro del rango 800 a 1.200 años 14C A.P. Pero hay un 5% que la "edad 14C verdadera" caiga fuera de dicho rango. Disminuir el error de medición (± 1σ, informado) permitirá que el rango de edades donde se encuentre la "edad verdadera" se reduzca. Si se reduce el error de medición (± 1σ ) del ejemplo anterior a la mitad (de ± 100 a ± 50 años) (ver sección 7.1.1) obtenemos: 1.000 ± 50 años 14C y la "edad verdadera" caerá con un 68% (± 1σ) de probabilidad entre los 950 a 1050 años 14C ; con un 95% (± 2σ) de probabilidad de que caiga entre los 900 a 1.100 años 14C. Es importante lograr un error de medición (± 1σ ) bajo, pero una única medición de muy alta precisión (bajo valor en ± 1σ ) no asegura la reproducibilidad y exactitud del resultado (en nuestro ejemplo 1.000 años 14C) de la estimación de la “edad 14C verdadera”. Puede ser de poca utilidad obtener un bajo error azaroso (± 1σ ) de medición si otros errores (ver sección 8 – errores incidentales; errores sistemáticos) son de mayor magnitud que los puramente estadísticos (± 1σ) de medición. Una muestra en cantidad suficiente y homogénea puede dividirse en muestras duplicadas para ser analizadas por 14C. Como son duplicados de un mismo material homogéneo las edades C-14 determinadas estiman la misma "edad 14C verdadera". La comparación estadística (Ward and Wilson, 1978; ver en Figini et al.,1983) debería indicar que los resultados C-14 no son significativamente diferentes (ver Apéndice 1). La variabilidad de los datos 14C en duplicados de una misma muestra obedece a errores azarosos motivados por el proceso de desintegración radioactiva del 14C. Ejemplo, Duplicado (1): 950 ± 100 años 14C A.P. y Duplicado (2): 1050 ± 100 años 14C A.P. Estadísticamente analizados (Apéndice 1) estos resultados indican que estiman la misma "edad 14C verdadera" y por tanto son resultados reproducibles. La variabilidad de los datos 14C en las muestras, que estiman la misma "edad 14C verdadera", se debe al denominado estadísticamente "error de muestreo" (error azaroso). Si en un análisis de duplicados de una misma muestra los datos 14C son estadísticamente distintos (Ward and Wilson, 1978; ver en Figini et al.,1983) no hay una reproducción en los valores de la edad 14C y por tanto existen errores sistemáticos en la determinación. Se deben a que la muestra no era homogénea, o que hubo un error en la subdivisión de la misma o que existe un error analítico (todos errores sistemáticos) en el o los laboratorios que analizaron


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radiocarbónicamente los duplicados. En este caso, no sabremos que dato hay que descartar hasta que hagamos un análisis C-14 de un triplicado de la muestra. El procedimiento anterior (Ward and Wilson, 1978; ver en Figini et al.,1983) puede ser aplicado a diferentes tipos de muestras (carbón, madera, hueso; etc.) donde se ha establecido a partir de estudios en el sitio una asociación entre la "edad de muerte" de las mismas con la edad del evento bajo investigación (ver punto 9- asociación muestra-evento). En este caso las edades 14C obtenidas en los diferentes materiales (carbón y hueso) deben estimar la misma "edad 14C verdadera". Si analizados estadísticamente los resultados no son significativamente diferentes, los fechados de las muestras son reproducibles y estiman la misma “edad 14C verdadera”. Si los resultados obtenidos son estadísticamente distintos no hay una reproducción en los valores de las edades 14C determinadas y por tanto indica que se cometieron errores sistemáticos y estadísticamente estiman diferentes "edades 14C verdaderas". Los fechados no fueron concordantes por error en la asociación muestra-evento (las muestras estaban asociadas pero con diferentes edades de muerte – ver punto 9); o por diferente nivel de contaminación en las muestras; o existe error analítico en el o laboratorios que realizaron los análisis de 14C. Solo el investigador que estudia el sitio sabrá discutir e interpretar los resultados. Un error sistemático, de unos 200 a 300 años 14C más "jóvenes", que fue cometido por el laboratorio, del British Museum de Inglaterra, durante las mediciones de 14C entre 1980-1984 fue publicado por Bowman et al. (1990). A raíz de ello, a partir de la década del 80 se realizan periódicamente controles de calidad analítica en los laboratorios a través de los Estudios Internacionales de Intercomparación de Resultados Radiocarbónicos (Figini, 1994b, 1994c, 1998, 2004). El LATYR participó en dichos programas de intercomparación de la exactitud y precisión de los fechados 14C obtenidos en diferentes materiales y se encuentra dentro de un grupo de mejor calidad analítica entre los laboratorios que usa la técnica de Espectrometría de Centelleo Líquido (Figini et al., 1999, 2004). Los laboratorios que tienen una variabilidad en los resultados 14C entre las muestras analizadas y el valor de consenso de las mismas (es un valor promedio de los resultados 14C obtenidos por los laboratorios sobre la misma muestra; es una mejor estimación de la “edad 14C verdadera”) mayor a + 2σ o menor a - 2σ (error informado por el laboratorio) tienen un error sistemático en sus análisis, que deberá estudiar el laboratorio para solucionarlo. Estas diferencias manifiestas en los datos 14C de un laboratorio que participa en los Estudios Internacionales de Intercomparación de Resultados Radiocarbónicos, en parte son causadas por diferentes pretratamientos químicos empleados para descontaminar la muestra; distintos sistemas de combustión de la muestra; diferentes procesos de síntesis químicas de la muestra; errores en la elección y medición de las muestras estandar (100 pMC) y fondo ó “background” (0 pMC); en la calidad del equipo de medición; etc.

7.2 Aspectos Geofísicos – Calibración de edades radiocarbónicas. Los aspectos geofísicos a considerar se refieren a la intensidad de la magnitud del campo magnético terrestre con el tiempo y su influencia en la modificación de la intensidad de los rayos cósmicos sobre la Tierra. Al modificarse la intensidad de los rayos cósmicos variará la concentración de 14C en la atmósfera terrestre. Un supuesto básico del método 14C (Libby et al., 1949) es que la concentración radiocarbónica en la atmósfera es constante (100 pMC) a traves del tiempo. Esto es respetado cuando los laboratorios calculan e informan hoy día la edad 14C convencional (Stuiver and Polach, 1977). Pero esta suposición básica no es completamente cierta. Existen estudios donde discuten que existe una variación secular en el contenido de 14C en el dióxido de carbono atmosférico (de Vries, 1958; Willis et al., 1960; Suess, 1965, 1970; Damon, 1968; Damon et al., 1978; Stuiver and Kra, 1986; Stuiver and Becker, 1986; Pearson et al., 1986; entre otros autores). Estas variaciones seculares en los niveles de 14C en la atmósfera terrestre son debidos principalmente a


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que (1) la radiación cósmica no ha sido constante en el tiempo y por ello se han ocasionado variaciones en la producción natural de 14C atmosférico; y (2) durante las drásticas fluctuaciones climáticas (Glacial – Postglacial) se provocó variaciones en el intercambio entre el dióxido de carbono atmosférico con otros reservorios de carbono (océanos), ocasionándose modificaciones en la concentración de 14C en la atmósfera. Dada la comprobación de los cambios en la concentración de 14C en la atmósfera a través del tiempo, la edad 14C convencional que informan los laboratorios esta expresada en una escala de tiempo denominada “años 14C” que difiere de la edad en “años calendarios”. Varios estudios brindaron información para la construcción de curvas de calibración (que representan la conversión de la “edad 14C” en “edad calendario”) es comentada en Figini (1994a ; 1994b; 1999a). La relación entre las dos escalas de tiempo se realizó determinando miles de edades 14C de anillos de arboles (Sequoia gigante; Pinus aristata; etc.) datados en forma absoluta en años calendarios por dendrocronología (Stuiver and Kra, 1986). Existen curvas de calibración para muestras del Hemisferio Norte hasta los 18.400 años 14C A.P., que se encuentran sistematizadas en varios programas de computación, como el denominado CALIB rev 3.0.3; 4.1.2; (Stuiver and Reimer, 1993) y versiones subsiguientes, para muestras que metabolizan directamente el carbono atmosférico (plantas terrestres) o indirectamente (animales terrestres); y muestras marinas cuya edad 14C haya sido corregida por efecto de reservorio (ver punto 7.3.2). No existen curvas de calibración para muestras del Hemisferio Sur (HS), pero se estan realizando estudios (McCormac F et al., 2004). McCormac et al (1998) observaron un corrimiento real de 27 ± 5 años 14C en muestras pertenecientes al HS, en el intervalo 1725 a 1885 AD, con un empobrecimiento ("más viejas") en 14C en esa magnitud respecto a muestras del Hemisferio Norte (HN). Este resultado es menor al corrientemente usado de 40 años 14C "más viejo" para las muestras del HS y empleado para calibrar muestras de nuestro HS usando las curvas o programas de calibración.

Figure 4. Parte de la curva de calibración, Calibración de una edad 14C de 600 ± 40 años 14C AP. (Higham and Petchey, 2000).

(CALIB) del HN. En el trabajo de Figini (1999a) se dan las razones y se recomienda usar las curvas del HN, pero sin aplicar ninguna corrección al fechado radiocarbónico de muestras del HS, para no cometer un mayor error. Sería mejor esperar a contar con una curva completa para el HS, que en la actualidad hay labs. que la estan realizando.


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Efectuando un grafico que relaciona años 14C (eje y) con años calendarios (eje x) se obtiene una curva fluctuante (Figura 4 ), debido a que los niveles de 14C en la atmósfera han variado en el tiempo. Dada la foma irregular de la curva una única edad 14C puede corresponder a dos o más edades astronómicas. La edad calibrada es expresada por un rango de edades en años calendáricos AP (BP), antes del año 1950 AD. Asimismo, una edad C-14 puede expresarse como un valor medio y su desviación estandar (± 1σ ), ejemplo: 3060 ± 80 años C-14 AP, (Stuiver and Polach, 1977), pero la edad calibrada, por la curva fluctuante, es solamente un rango de edades astronómicas, ejemplo: 3154 – 3360 años cal AP (1σ ). Este rango de edad calibrada puede ser de (1σ ), un 68% de probabilidad si la edad C-14 es calibrada con un error de ± 1σ (ejemplo ± 80 años) y una probabilidad del 95% cuando se considera ± 2σ (ejemplo: 2 x 80 = 160 años). Ejemplos de edades 14C calibradas : 500 ± 50 años C-14 A.P. corresponde a 506 - 543 años cal A.P. (rango 1σ ) ; 1000 ± 50 años 14C A.P. corresponde a 800 - 946 años cal A.P.( 1σ ) ; 10.000 ± 100 años 14C A.P. corresponde a 11.003 - 11735 años cal A.P.(1σ ).

7.3 -Aspectos Geoquímicos. En este capítulo nos referiremos a aspectos principalmente de reacciones químicas y/o bioquímicas que puedan modificar la concentración 14C en un material. La actividad 14C original puede diferir del asumido valor constante (100 pMC) en el tiempo a causa de fenómenos geoquímicos: fraccionamiento isotópico y efecto de reservorio de carbono, y no debidos al decaimiento radioactivo del 14C

7.3.1 Fraccionamiento isotópico.

En procesos bioquímicos como la fotosíntesis, las plantas preferentemente toman, para formar hidratos de carbono, el dióxido de carbono con 12C (12CO2 ) sobre el dióxido de carbono con 14C (14CO2 ) del dioxido de carbono (CO2) atmosférico. Esta modificación de la abundancia isotópica del carbono, entre sus compuestos (dióxido de carbono atmosférico y celulosa de la madera), se conoce como "fraccionamiento isotópico". Este "fraccionamiento" (Lerman, 1973; Tauber, 1983) que ocurre en la naturaleza dan errores de una magnitud de 0 años 14C (en árboles; carbón vegetal; etc) hasta 400 años 14C (valvas de moluscos marinos; corales, etc.) más “jóvenes”, en una edad contemporánea en las muestras, que no se ha corregido por este efecto. Muchos procesos químicos y físicos que producen fraccionamiento isotópico muestran que dependen simplemente de la diferencia de la masa de los isótopos (12C;13C; 14C); es decir el fraccionamiento de 14C / 12C es el doble del fraccionamiento 13C / 12C. Se conoce (Craig, 1954) que el empobrecimiento en el isótopo 14C es el doble que el empobrecimiento que se produce en el isótopo 13C en un compuesto de carbono. Desde el momento de la muerte e independiente del tiempo, la relación de los isótopos estables del carbono 13C/12C no se modifica en la muestra. Por ello midiendo la relación 13C/12C en la muestra fósil se puede corregir la actividad medida de 14C en la misma, debido al fraccionamiento isotópico, para luego calcular e informar la edad 14C convencional (Stuiver and Polach, 1977). La relación 13C/12C de una muestra se mide en forma relativa respecto a un estandar internacional (PDB) que es un carbonato marino. Su valor se identifica como δ13C y es expresado en partes por mil (o/oo). La relación 13C/12C será diferente de acuerdo al tipo de muestra, pero su valor es aproximadamente constante (rango entre ± 2 o/oo) y es independiente de la edad de la muestra. Ejemplo: carbonatos marinos: 0 o/oo; maderas, -25 º/oo; carbón de madera, -25 o/oo; colágeno de un hueso de animal terrestre, - 20 o/oo; etc.


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Por consiguiente muestras contemporáneas no tienen la misma actividad 14C a causa del fraccionamiento isotópico. Por tanto la corrección de la actividad 14C medida debe ser corregida a un valor determinado de δ13C. Como los primeros estandar (100 pMC) usados por los laboratorios fue madera, se eligió el valor de esta δ13C = -25 o/oo con respecto al PDB. Para corregir el error en la edad radiocarbónica debido a fraccionamiento isotópico, el laboratorio de 14C mide el valor δ13 en la muestra o lo toma de tablas (Stuiver and Polach, 1977). Valores de δ13C y sus correccciones en la edad 14C para algunos tipos de materiales son dados en la Figura 5. Todo material (madera; carbón de madera; etc.) con un δ13C = - 25 o/oo, no tiene error por fraccionamiento isotópico; es cero (0 años 14C).

Figura 5- Valores δ13C de ciertas muestras. Escala de la derecha la magnitud de corrección de la edad 14C.-

7.3.2 Efecto de Reservorio

No todos los organismos metabolizan carbono de un mismo medio ambiente o reservorio de carbono, los cuales pueden no estar en equilibrio con la concentración del 14C atmosférico (100 pMC) (Olsson, 1983; Harkness, 1983; Figini, 1999b). Si este es el caso, obtendremos al datar por 14C "edades aparentes", generalmente más “viejas”(muestras marinas), en estos reservorios, pero no edades 14C convencionales (Stuiver and Polach, 1977). Esto es conocido como "efecto de reservorio". En la naturaleza existen reservorios de carbono como (a) el dióxido de carbono (CO2 ) atmosférico; (b) las especies de carbono inorgánicas (CO2 , bicarbonatos y carbonatos) disueltas (CID) en el agua de mar y (c) los carbonos inorgánicos disueltos, CID, en aguas superficiales continentales, lagunas, arroyos o ríos. Como ya se ha dicho, el CO2 atmosférico tiene una concentración radiocarbónica del 100 pCM. Los organísmos terrestres (vegetales y animales) metabolizan directa (vegetales) e indirectamente (animales) el carbono atmosférico, por consiguiente los compuestos orgánicos (proteínas, hidratos de carbono y grasas) formados, tendrán una concentración del 100 pCM. La edad de un organismo terrestre viviente será de 0 años 14C A.P. (100 pCM). Por consiguiente, la "edad del reservorio" (Figini, 1999b) atmosférico es de 0 años; los vegetales y animales terrestres que toman el carbono atmosférico no tienen el denominado “efecto de reservorio”, su valor es de 0 años 14C.


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El CID de las aguas superficiales oceánicas (capa superior de unos 100 m de espesor), cuyos carbonos provienen del CO2 atmosférico, poseen globalmente una actividad C-14 menor que el carbono atmosférico: del orden del 95 pCM (Figini, 1999b; Albero et al. 1986; Eastone et al., 2002; Southon et al., 1995). Los vegetales y animales marinos que metabolizan el CID, de la capa oceánica superior, tendrán una concentración promedio del 95 pCM. Si se determina la edad en un organismo marino (molusco, foraminífero, coral, ballena, foca, etc.) viviente, ésta será de aproximadamente 400 años C-14 AP. Por tanto, la "edad del reservorio marino", de la capa superficial oceánica, es de un valor medio global de unos 400 años C-14; los animales y vegetales que toman el carbono del CID de la capa marina superficial tienen un “efecto de reservorio” de 400 años C-14. Es decir, una muestra fósil marina tendrá una edad que será 400 años C-14 más “vieja” que el de una muestra contemporánea de origen terrestre. Ejemplo, una madera dio un resultado de 1.000 años C-14 A.P. y un hueso de ballena, cuya muerte fue contemporánea, dará una edad de 1.400 años C-14 A.P. Una diferencia apreciable. Por tanto: Edad muestra terrestre = Edad muestra marina – Edad del reservorio marino. El conocimiento de la desviación regional de la "edad del reservorio marino" es necesario para corregir con exactitud las edades 14C de muestras marinas (Figura 6).

Figure 6. Distribución geográfica en la región costera (efecto de reservorio marino) Los valores del efecto de reservorio marino estan expresados en ∆R en años 14C = R’(t) edad 14C de la región – global R(t); (global R(t) = 400 años) ; (Stuiver and Braziunas, 1993). Algunas aguas superficiales continentales (lagunas, arroyos, ríos) pueden tener un CID con concentraciones radiocarbónicas, en ciertos casos, menores al 100 pCM (Figini et al, 1995). Por ejemplo, el CID de un agua de una laguna puede tener una concentración de 85 pCM. Las plantas sumergidas y los animales que metabolizan el CID de esa laguna tendrán una concentración del 85 pCM. La edad de algún organismo viviente que metabolizó el CID de esa laguna será de 1300 años 14C A.P. Por lo tanto, la "edad del reservorio de la laguna", citada en el ejemplo, es de 1.300 años C-14. Un carbón fósil dió una edad de 500 años C-14 A.P.; un


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material contemporáneo a ese carbón fósil, por ejemplo un gasterópodo acuatico fósil que vivió en la laguna en cuestión, dará una edad de: 500 años más la “edad del reservorio” = 500 + 1.300 = 1.800 años C-14 A.P. Una diferencia muy significativa. Algunos autores, en la literatura inglesa este efecto de reservorio que presentan los cuerpos lagunares, lo citan como "hard water effect" (Deevey et al., 1954). En ciertos casos, los caracoles terrestres pueden incorporar carbono de diferentes fuentes (Goodfriend and Stipp, 1983), ya sea de vegetales (100 pCM) únicamente, como de vegetales y también de carbonatos (0 pCM) del sedimento superficial. En este último caso, tendremos caracoles terrestres con un "efecto de reservorio", que puede llegar a miles de años 14C (Figini et al., 1989; Tonni et al., 2001). Es importante poder determinar el "reservorio de carbono" (atmósfera; océanos; aguas continentales superficiales) y su "edad" (de 0 a miles de años C-14), del cual el organísmo metaboliza su carbono, dado que el material se empleará como indicador temporal. Si se conoce el reservorio de carbono y su edad 14C, que metaboliza el organísmo, mayor será la confiabilidad de la edad C-14 determinada en la muestra. La "edad del reservorio", que puede estudiarse y determinarse su magnitud en años 14C, no se lo puede considerar constante en el tiempo. En la edad 14C convencional (Stuiver and Polach, 1977) que informan los laboratorios, no viene corregida por el efecto de reservorio posible en ciertas muestras (ejemplo muestras marinas).

8 PROBLEMAS EXTRÍNSECOS AL MÉTODO RADIOCARBÓNICO.

Problemas que provienen del investigador, incidentales e incertidumbres pueden deberse a la contaminación química y/o biológica de la muestra y de la asociación entre la edad de "muerte" de la muestra y la edad de un dado fenómeno, evento o proceso (arqueológico; geológico; paleontológico; etc.). No son problemas inherentes al método radiocarbónico. 8.1 Tipos de Muestras en la Datación Radiocarbónica Uno de los principales requisitos en la metodología radiocarbónica es que el material que ha de medirse contenga átomos de carbono original (100 pMC) que estuvo presente en el organismo, animal o vegetal, en la época de su muerte. Los materiales utilizados para la datación por 14C son, entre otros: A) Material orgánico: Carbón de leña o material orgánico carbonizado, como huesos

carbonizados; madera bien preservada; ramas; Hierbas; semillas; hojas; granos; frutos; turba; peat; textiles; huesos (colágeno); pergamino; papel; pelos; estiércol; suelos; etc..

B) Muestras Inorgánicas: Valvas de moluscos; gasterópodos; foraminíferos; corales; carbonatos: pedogenético; tosca; etc. ; carbonato disuelto en aguas subterráneas; etc.

La mayoría de las muestras que datan los laboratorios son carbón vegetal, madera, hueso y valvas de moluscos. Los materiales deben ser extraídos usando herramientas metálicas. Es posible emplear las manos limpias (sin cremas u otro sustancia orgánica; etc.) cuando sea necesario e imprescindible. No usar herramientas plásticas; ni de madera; ni de hueso. Los sedimentos u otro material depositado sobre la muestra pueden eliminarse usando un cepillo metálico o lavando los materiales con agua. Las muestras deben secarse en una estufa a 50-60 °C para evitar el desarrollo de microorganísmos, hongos, etc. que podrían contaminarla (si metabolizan el dióxido de carbono atmosférico). En la madera, el carbón vegetal y el hueso es importante sacarle con pinzas metálicas las posibles raíces que hayan penetrado en estos materiales porosos. Las muestras pueden envolverse en papel de aluminio y/o colocarse en bolsas de polietileno de alta densidad (mayor espesor) o pueden guardarse en recipientes metálicos con tapa. No usar bolsas de papel o de tejido. No colocar protectores o separadores de algodón, lana, aserrín de madera, papel, u otro material orgánico. No debe envasare la muestra con alguno de estos materiales


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adicionales. Las muestras no deben tener sustancias orgánicas para conservar o preservarlas porque las contaminan; para tales fines puede usarse cloruro de mercurio (compuesto inorgánico que no contiene carbono) u otro compuesto no-orgánico. No deben usarse adhesivos orgánicos para recomponer las formas originales de las muestras (por ejemplo para el hueso o la madera). Es necesario suministrar al laboratorio una cantidad suficiente de muestra. Para las técnicas convencionales (las cuales miden el número de emisiones beta, ya sea medición en fase gaseosa o en fase líquida) es necesario una cantidad de muestra que represente un mínimo de 4 g de carbono; para AMS (que mide directamente el número de átomos de 14C en la muestra) solo son necesarios unos mg de carbono. De ser posible suministrar siempre al laboratorio una cantidad mayor a los valores mínimos solicitados por el laboratorio. Los pretratamientos que realizan los laboratorios involucran siempre pérdida de material original, la cual pueden llegar a un 80% según el tipo y estado de preservación de la muestra. En la parte externa de la bolsa o recipiente usado para guardar la muestra, es necesario identificar el código que use el investigador y otros datos con un marcador indeleble o permanente. Otra opción puede ser usar dos bolsas de polietileno de alta densidad y entre las mismas colocar una tarjeta con las identificaciones citadas. En la libreta de campo el investigador debe anotar todas las obsevaciones que se hayan realizado del sitio de muestreo. El laboratorio requerirá determinada información al respecto en una ficha o planilla. Todos los años miles de datos 14C son obtenidos en el mundo por más de cien laboratorios. Los métodos convencionales (GPC, medición de 14C en fase gaseosa; y LSC, medición de 14C en fase líquida) necesitan muestras en el orden de aproximadamente 2 a 4 gramos de carbon. Estos métodos miden el número de las emisiones beta en la muestra (ver sección 4) y los tiempos rutinarios de medición son de 48 horas por muestra aproximadamente. El método AMS (Accelerator Mass Spectrometry), que utiliza aproximadamente mg de muestra (muy vulnerable a la contaminación), mide directamente el número de átomos 14C y los tiempos de medidas son significativamente más cortos del orden aproximado de 1 hora por muestra (ver Tabla 3-cantidad de muestra). Siempre que sea posible suministrar una cantidad de muestra mayor que las requeridas por el laboratorio.

Material Laboratorio Convencional Laboratorio AMS Carbón y madera 10 – 12 g 20 - 30 mg Carbonatos (Valvas; etc.) 35 g 15 mg Hueso (según % colágeno) 100 – 200 g 1 g

ssedimento orgánico (depende % carbono orgánico)

> 200 g 1 g

Gyttja 15 - 30 g 30 - 100 mg Tabla 3. Requerimiento de cantidad de muestra para lab.convencionales (LSC; GPC) y AMS. Peso de muestra seca y sin sedimentos;etc. Los pesos son una guía, las cantidades pueden variar entre diferentes laboratorios y % de carbono en la muesta. Los pretratamientos de la muestras en el laboratorio siempre involucra una pérdida de material original, como se indicó anteriormente. El método 14C es destructivo, por consiguiente, la muestra se pierde durante el proceso de datación (pretratamiento + combustión + síntesis química + medición de la actividad 14C).

8.2 Contaminación post-depositacional de la muestra. La suposición básica en la datación radiocarbónica es que los átomos de carbono de la muestra sean exclusivamente del organismo (vegetal o animal) y que los carbonos fueron tomados desde la biosfera (reservorios con el 100 pMC). La incorporación de carbono alóctono y de diferente


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“edad 14C” en la muestra se denomina “contaminación” (de Vries and Barendsen, 1954). Esto implica un error en la determinación de la edad 14C porque ello involucra una violación de los supuestos básicos establecidos (7.1, punto (e) ). La contaminación puede tener lugar (a) en el medio medio ambiente de depositación de la muestra; (b) durante la extracción y transporte de la muestra; y (c) en el laboratorio durante el pretratamiento, combustión y síntesis química de la muestra.

8.3 Efectos de la contaminación. Considerando casos extremos, cuando el contaminante es más “jóven” (0 años; 100 pMC) que la muestra, la edad 14C será más “jóven” que la edad verdadera. Muestras muy “viejas” son extremadamente sensibles a la contaminación con materiales “ modernos” (100 pMC). Si el contaminante es muy “viejo” (mayor a 100.000 años, es decir 0 pMC) la muestra estará “envejecida” respecto a su edad real. Muestras muy “jóvenes” son extremadamente sensibles a la contaminación por materiales muy “viejos” . Si las edades de la muestra y el contaminante son cercanas, el error asociado puede ser insignificante, en un orden que puede ser similar a la desviación estandar de la medición (± 1σ ). Sin embargo, si la diferencia es mayor, el error en la edad 14C se incrementará (Tabla 4). [Edad aparente en años 14C]

Edad “verdadera” de la muestra

Edad del contaminante

1 % de conta-minante

5% de contaminante

10% de conta-minante

0 BP > 100.000 BP 80 BP 410 BP 850 BP 500 BP 0 BP 490 BP 470 BP 450 BP 500 BP 400 BP 500 BP 495 BP 490 BP 500 BP 600 BP 500 BP 505 BP 510 BP 500 BP > 100.000 BP 580 BP 910 BP 1350 BP 900 BP 0 BP 890 BP 850 BP 805 BP 900 BP 700 BP 900 BP 890 BP 870 BP 900 BP 1100 BP 900 BP 910 BP 920 BP

Table 4. Influencia de la contaminación de diferente edad y porcentaje sobre la “verdadera edad” de un material compuesto de carbono.

8.4 Fuentes potenciales de contaminación Los contaminantes más comunes en la naturaleza son los carbonatos, las sustancias húmicas (ácido fulvico, ácido húmico) y las raíces, todos ellos generados principalmente en los suelos. El agua (lluvia; subterránea; etc.) lleva disuelto los compuestos inorgánicos del carbono (DIC) y compuestos húmicos (ácido fulvico) y/o en suspensión coloidal a los ácidos húmicos. Estos compuestos contaminantes que lleva el agua se ponen en contacto con la muestra, cuando el agua de lluvia infiltra a través de los sedimentos o asciende el agua subterránea (capa o nivel freático), ver Figura 7. La muestra se puede contaminar en cualquier momento, desde su "muerte" hasta la medición de C-14 en el laboratorio. La contaminación puede ocasionarse en su medio ambiente de depositación; durante la extracción y traslado; y en el laboratorio durante su pretratamiento y síntesis química. El contaminante puede estar físicamente depositado o adsorbido (por evaporación del agua) sobre la superficie de la muestra (carbonato adsorbido en carbón vegetal; ácidos húmicos sobre


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la superficie de la valva de un molusco; raíces en un hueso, madera o carbón; etc.); el contaminante puede estar presente como una parte de una mezcla física, introducido post-excavación (papel en la muestra; pelo humano; tabaco de cigarrillo; preservante orgánico agregado a la muestra; adhesivos orgánicos; etc.). Puede también, haberse incorporado químicamente o absorbido, reemplazando o intercambiando carbonos originales de la muestra (intercambio entre carbonatos del medio con carbonatos de la valva de molusco; compuestos químicos complejos que podrían formarse entre el ácido húmico del medio y el colágeno del hueso; etc.); alteraciones diagenéticas (proteínas en valvas de moluscos; colágeno en hueso; etc.).

Figura 7. Infiltración del contaminante (carbonatos; sustancias húmicas;etc.). Son facilmente eliminables por tratamiento AAA: ácido-alcalis-ácido.(Evin, 1983). Las raíces se incorporan físicamente en las muestras porosas como hueso, madera, carbón, sedimento lagunar, etc.). Existe a priori, desde un punto de vista químico, una diferente calidad de una muestra para ser usada en la datación 14C. Las muestras orgánicas (carbón; madera; colágeno del hueso; semillas; etc.) son menos susceptibles a intercambiar carbonos con las sustancias contaminantes. Esto es debido a que la muestra es menos reactiva pues la unión química del carbono orgánico es del tipo covalente. Así, las muestras orgánicas permiten obtener edades 14C más confiables. Las muestras inorgánicas, carbonatos, existentes en las fracciones inorgánicas de las valvas de moluscos, foraminíferos, corales, carbonatos pedogenéticos, apatita del hueso, calcrete, etc. pueden intercambiar con el ión carbonato contaminante presente en su medio ambiente. Debido al tipo de unión química, iónica, estas muestras de carbonatos son más susceptibles de contaminarse y por ende son de menor confianza sus edades 14C. En la práctica las muestras de valvas de moluscos, con pretratamientos adecuados, han resultado de buena calidad para ser analizadas por 14C.

8.5 Tratamientos físicos y químicos para la descontaminación de las muestras. Algunos contaminantes pueden ser fácilmente eliminados en el laboratorio. Por ejemplo, los carbonatos presentes en muestras orgánicas como carbón o madera. Con otras muestras se requieren tratamientos químicos más elaborados. Por ejemplo para la extracción de colágeno en muestras de hueso; para extracción de la celulosa en muestras de madera; etc. En algunos casos


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el contaminante es más dificil de eliminar como sucede con los carbonatos secundarios en muestras de valvas de moluscos (carbonatos; similar composición química). Estos tratamientos son realizados por los laboratorios. No puede darse una cuantificación de la contribución de este error, porque las muestras varían significativamente en su composición química y son diferentes los niveles de contaminación. Los pretratamientos tratan de asegurar que los átomos de carbono donde se determina la actividad 14C sean únicamente los originarios de la muestra. En la contaminación no es usualmente posible una corrección que resulte confiable. El tipo de pretratamiento empleado en el laboratorio depende de la clase de material (organico u inorgánico), del estado de preservación del mismo, la calidad de la muestra, la cantidad de muestra y las condiciones químicas del medio depositacional (de Vries and Barendsen, 1954). Dada la variedad de sustancias químicas de los materiales a datar por 14C y las distintas clases de contaminantes, existen diferentes técnicas de pretratamiento. En un tratamiento físico sobre materiales porosos como por ejemplo maderas, carbón vegetal o huesos, es importante remover las raíces que puedan haber penetrado en estos, usando herramientas metálicas (pinzas; tamices; etc) y una lupa o un microscopio. Otra opción es tamizarlo para eliminar la matrix de sedimento o suelo adherido. Entonces, después de limpiar en un baño ultrasónico con agua destilada la muestra para eliminar partículas adheridas, un pretratamiento adicional estandar denominado AAA (ácido – álcalis - ácido), método desarrollado por de Vries and Barendsen (1954) y Olsson (1980), se aplica a las muestras orgánicas (ver en esta sección “muestras orgánicas” y Figura 8). Un material que ha sido pretratado física y químicamente para minimizar los efectos de la contaminación y aislar sus carbonos originales es un material confiable para determinar su edad 14C. Es bien conocido que el límite superior (ver sección 7.1.2) del método 14C esta limitado por la contaminación derivada de pequeñas cantidades de carbono “joven” (ver efectos de la contaminación, sección 8.2.1 ; Tabla 3). Detectar la contaminación de la muestra y verificar la confiabilidad de la edad 14C medida, llega a ser más problemática con el incremento de la edad 14C del material. Por este motivo, hay laboratorios que prefieren solamente informar edades 14C hasta aproximadamente 40.000 años 14C AP. Edades 14C mayores a este límite superior son generalmente consideradas como de edad infinito, porque su actividad 14C no es distinguible de la muestra fondo o “background” (muestra con 0 pMC).


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Figura 8. Esquema que representa el tratamiento químico de muestras de carbón y madera (tratamiento AAA: ácido-alcalis-ácido) . El Cv es el % de carbono en cada residuo. Mook and Streurman, 1983.

Muestras orgánicas e inorgánicas: Los tratamientos son diferentes para los distintos contaminantes posibles y materiales que el investigador envia a datar por 14C. (a) Carbón vegetal, madera, textiles y semilla. El tratamiento rutinario en los laboratorios para estas muestras orgánicas consiste en lavados con ácido, alcalis y ácido, denominado tratamiento AAA (de Vries and Barendsen, 1954; Olsson, 1980; Mook and Streurman, 1983) (Figura 8). (b) Sedimentos. Datar por 14C una masa de sedimento (la matrix mineral puede ser arena, arcilla o loess) es cuando no son disponibles para el análisis muestras más confiables: madera, carbón vegetal o plantas macrofósiles (tales como ramas de madera, frutos, semillas, hojas, piña; etc.). La exactitud de una datación 14C de la materia orgánica en la matrix del sedimento es complicada y compleja. Esto se debe a la presencia de multiples fracciones de carbono orgánico (ácido fúlvico; ácido húmico; humina; etc.), y cada una con edades 14C potencialmente diferentes. La muestra es pretratada químicamente usando procedimientos estandar para eliminar contaminantes orgánicos e inorgánicos; ejemplo: el tratamiento AAA y se data el residuo; o se separan fracciones orgánicas diferentes en esa masa de sedimento: se data la fracción soluble en alcalis (ácido húmico) y/o la fracción insoluble en alcalis (humina); o el residuo despues de tratar el sedimento con ácido; o la fracción total sin pretratamiento. c) Materia orgánica del suelo. La datación 14C de la materia orgánica de un suelo (MOS) es un tema polémico debido a la complejidad de su formación. La MOS esta formada por diferentes componentes de carbono con distintas edades 14C. Algunos investigadores asignan a la edad 14C del total MOS como “tiempo de residencia media aparente” (TRMA) dela fracción orgánica fechada por 14C, bajo condiciones estables. Por tanto, aproximadamente se llega a conocer la estabilidad de la materia orgánica en el suelo (Figini et al., 1999). No es una edad 14C convencional (Stuiver and Polach, 1977) de la materia orgánica del suelo. Uno de los problemas para datar por 14C la MOS es la contaminación por la penetración de raíces, infiltración de material orgánico disuelto en el agua, etc. Los desechos de plantas remanentes es removido por flotación en HCl 0.01 M u otra solución (cloruro de sodio; etc.). La fracción humina (fracción de materia orgánica insoluble en ácido y en alcalis) se la extrae usando la técnica AAA. d) Huesos. El hueso es una de las muestras rutinarias más complejas en la datación radiocarbónica. Desde los comienzos del método 14C fue controversial la confianza de una muestra de hueso. Libby (1970) discutió los problemas de esta clase de muestra para el análisis 14C aún antes de realizar una medición de 14C en un hueso. Tauber (1983) remarcó que, las diferencias en el contenido 14C de alimentos marinos y continentales, ocasionan edades 14C inciertas en huesos humanos. Beavan-Athfield et al. (2001) sugiere que la dieta juega un rol importante en las edades 14C obtenidas en muestras de huesos humanos, cercanos a sitios marinos. Los huesos de organísmos vivientes poseen aproximadamente un 80% de compuestos minerales (cristales de hidroxiapatita) y un 20% de compuestos orgánicos, proteínas como el colágeno. El


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carbono de la fracción inorgánica (carbonato apatita) de un hueso puede contaminarse con el carbonato de su medio ambiente (ver sección 8.2). Así, esta fracción inorgánica del hueso prácticamente hoy día los laboratorios no la emplean, porque su edad 14C no es confiable (Olsson et al.,1974). El colágeno es un polímero insoluble en agua, formado por unión química de ciertos números de aminoácidos (monómeros). Es una proteína de las llamadas fibrosas, es el material de "varillas" para el refuerzo de los huesos y constituyen aproximadamente un tercio de las proteínas totales del cuerpo humano. Si el hueso no se conseva en su medio ambiente, sufre la pérdida de colágeno como resultado del agua, temperatura, acción bacteriana, oxidación (hierro férrico; oxígeno), hidrólisis, etc., que degradan la proteína a moléculas orgánicas más pequeñas (polipéptidos; hasta aminoácidos) incrementándose su solubilidad en agua y su pérdida del hueso por lavados. El agua ambiental (lluvia; lagunas; subterránea; etc.) sobre los huesos fósiles elimina paulatinamente el colágeno, llegándose en algunos casos a perderse totalmente. El colágeno presente en un hueso fósil puede ser una fracción confiable para datar por 14C dependiendo de la pureza de la fracción recuperada, la cual esta en estrecha relación con el estado de conservación del hueso y el método de pretratamiento utilizado. El "colágeno" puede estimarse analíticamente determinando el % de N en la muestra; un valor aparentemente bajo (1% o menor) indican una muy pobre preservación del hueso. Este tipo de huesos no debería datarse por C-14; sus resultados radiocarbónicos resultan dudosos. El estado de conservación de un hueso y la confiabilidad de la edad 14C obtenida, se pueden discutir determinando el % de colágeno en el hueso; y determinando analíticamente en el “colágeno” extraído el % C, el % N y la relación atómica C / N. Es esencial elegir un pretratamiento que pueda eliminar completamente los contaminantes del hueso, los cuales son generados principalmente en el suelo: carbonatos; sustancias orgánicas como el ácido húmico y las raíces (Olsson et al., 1974). Un tratamiento con ácido clorhídrico (HCl) disuelve tanto los compuestos minerales (hidroxiapatita y carbonatos contaminantes), como las substancias orgánicas contaminantes (ácido fúlvico) e incluso se pierde parte del mismo colágeno presente en la muestra. A pesar de ello, queda una fracción insoluble en ácido, “colágeno” de la muestra, pero también permanecen junto a ella contaminantes insolubles en ácido como el ácido húmico y las raíces. En huesos bien conservados y sin contaminantes el “colágeno” aparece como un sólido seudomorfo, blando y gelatinoso. Longin (1971) extrae el colágeno como gelatina de la fracción insoluble en ácido (Figura 9). Los contaminantes (ácido húmico y raíces) quedan en la fracción insoluble y la gelatina llega a ser soluble en agua (en una solución caliente a 90 °c y pH = 3; por 24 horas). Luego se separan las fracciones por centrifugación y el líquido con la muestra de gelatina se evapora quedando un sólido cristalino (“colágeno”) que es usado para la datación por 14C con resultados confiables en huesos bien preservados (aproximadamente con más de un 4% de colágeno) (Carbonari et al., 1980).


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Figure 9. Representa un esquema de tratamiento químico de huesos y huesos quemados. Cv se refiere al % de carbono contenido en las diferentes fracciones (Mook and Streurman, 1983).

Algunas dataciones sobre hueso no rindieron resultados 14C satisfactorios y fueron controversiales. Una de las razones fue que en el comienzo de la datación de huesos, se utilizaron con la misma confianza (a) la fracción colágeno del hueso, sumada a la (b) la fracción inorgánica del hueso (carbonato apatita). Posteriormente se usó solo la fracción insoluble en ácido, que contenía contaminantes como el ácido húmico y las raíces, sin extraer el colageno de este residuo. Sin embargo, se usaba el residuo insoluble como material para determinar la edad 14C (Berger et al, 1964). La confianza en las dataciones 14C nace con el método de Longin (1971), que es el método más utilizado por los laboratorios. Algunas dudas se presentan en huesos muy degradados por las condiciones ambientales y en los huesos con 1% o menos de colageno, los resultados 14C son los que presentan mayor contraversia y error. Esto se debe a que la influencia de la contaminación es mayor y más dificil de eliminar. Además se incrementan las dificultades para obtener una gelátina químicamente "pura". Los huesos mal conservados no deben ser usados en 14C hasta que un nuevo pretratamiento adecuado sea desarrollado en el futuro (Long et al. 1989). Ejemplos de aplicación y discusiones de dataciones de muestras de hueso puede verse en: Carbonari et al. (1980); Rosello et al. (1999); Cione et al. 2001; y en la revista científica Radiocarbon. e) Valvas de moluscos. Figini y Carbonari (1993) hacen referencia a los problemas de la datación 14C en muestras de valvas marinas (fracción carbonato de calcio). Como material de consulta Fidalgo et al. 1973a) y Fidalgo et al. 1973b, se refieren a trabajos geológicos sobre las ingresiones marinas y unidades continentales en la provincia de Buenos Aires. El principal fuente de material exógeno contaminante es el carbonato de los sedimentos y el dióxido de carbono atmosférico y el generado en un suelo; también el carbonato disuelto (CID) en las aguas subterráneas. Estos carbonatos secundarios pueden depositarse sobre la superficie de


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la valva o intercambiar química o isotópicamente con la muestra. La dificultad se presenta porque la composición química de la valva y la del contaminante es la misma: Carbonato de calcio. Por esta causa, el laboratorio realiza rutinariamente un lavado ácido ( con HCl) para eliminar la parte más expuesta al medio ambiente contaminante, la parte superficial de la valva. Se le hace perder entre el 10% a 40% en peso de la muestra, que supuestamente es la más contaminada, por estar en contacto íntimo con el medio. Las partes más internas, que quedan despues del lavado ácido de la valva, son usadas con mayor confianza para obtener una edad 14C. Ejemplos de aplicación y discusiones sobre dataciones de valvas marinas puede verse en Cortelezzi, 1977; Cortelezzi y Lerman, 1971; Colado et al. 1995. Además, en la revista científica Radiocarbon.

9 - Relación entre la "edad de muerte"de la muestra y la edad del evento (Asociación Muestra - Evento). Selección de muestras.

Una fuente de error ajena al método 14C, es la asociación que realiza el investigador en su sitio de investigación entre la "edad de muerte" de la muestra y la edad de un dado evento o proceso natural: arqueológico; geológico; paleontologico; etc. el cual se pretende datar por 14C (Evin, 1983; Carbonari, 1994). Tan importante como la aplicación del método 14C mismo, es que el investigador en Ciencias Naturales suministre la muestra que vaya a fechar, con seguridad, sea precisa de la actividad humana que esta estudiando o del fenómeno natural que desea conocer. Esta relación no debe ser asumida, sino establecida previamente a la selección de la muestra, sobre la base del estudio del contexto depositacional. La selección de una muestra es una etapa crítica en la datación 14C. Las principales preguntas que debe realizarse el investigador conciernen a la naturaleza del material a datar y a la interpretación de su contexto, ya que estan relacionadas a las actividades depositacionales y post-depositacionales. Si el material elegido para datar sufrió algún cambio en relación a su posición original, ya sea material intrusivo o redepositado, su edad 14C no reflejará la edad del evento cultural o el proceso depositacional que se está estudiando.

10 Discusión de resultados radiocarbónicos. Ejemplos.

Arnold (2002) re-evaluó los fechados 14C del sitio Ice-Free Corridor. Las razones que tuvo para eliminar muestras datadas de su estudio fueron: (1) No ha sido probado la relación de la muestra con su estratigrafía. La muestra proviene de la superficie, fue redepositada o la muestra proviene de un amplio contexto estratigráfico; (2) El 14C no pudo fechar el evento o suministró datos no confiables porque las muestras fueron valvas de aguas dulces, muestras de plantas o sedimentos de lago, que son conocidos que pueden ser afectadas por el efecto de “ hard water”, metabolizaron carbonos empobrecidos en la concentración de 14C (ver sección 7.3.2); (3) muestras que no fueron pretratadas adecuadamente (ver sección 4.2.3) o corresponden a otros fechados del mismo contexto estratigráfico. Nielsen (1997) indica en la pagina 50: “desde el punto de vista del método de datación 14C utilizado, los contextos asociados a fechas incluídas en cada uno de esos momentos son contemporáneos. Como se verá oportunamente, consideramos que algunos de ellos tienen una edad absoluta, diferente, pero esta diacronización se fundamentará con argumentos arqueológicos, no radiocarbónicos.” En la página 43 de la obra citada, Nielsen dice “Aún cuando el 14C ofrece a menudo mayor resolución que ésta” (período Medio, Tardío e Inka) , “no ha sido aprovechada para corregir o refinar la secuencia, sino sólo para ubicar el contexto en cuestión en alguno de los períodos, y esto sólo cuando no contradicen la datación por afinidades estilísticas.”


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11 Edad biológica del material.

Debe considerarse la edad biológica del material, ciclos vitales anuales (semillas; frutos), de muy pocos años (ramas de árboles, valvas de moluscos), o plurianuales (árboles longevos). Los materiales con ciclo vital de pocos años estarán más asociados a la edad del evento en estudio. Los árboles tienen anillos de crecimiento anual que mueren biológicamente y de este momento disminuirá la concentración de 14C. Si es un árbol longevo (cientos o miles de años) el anillo central será más “viejo” (comienzo de su crecimiento, primer anillo) que el anillo periférico (crecimiento actual). La edad 14C del anillo periférico sería contemporáneo con el evento a ser datado. En un fogón arqueológico, pueden quedar como carbón los anillos centrales, porque los periféricos se quemaron. Si el árbol usado como combustible tiene una edad biológica de 100 años, la edad 14C del carbón de los anillos centrales resultará con una edad 14C de 100 años más “vieja” que el evento cultural. Este efecto es conocido como “old wood effect” (Figura 10). Es bien conocido que el límite superior (ver sección 7.1.2) del método 14C esta limitado por la contaminación derivada de pequeñas cantidades de carbono “joven” (ver efectos de la contaminación, sección 8.2.1 ; Tabla 3). Detectar la contaminación de la muestra y verificar la confiabilidad de la edad 14C medida, llega a ser más problemática con el incremento de la edad Una muestra 14C siempre tiene, a menos que este contaminada con material más “joven”, una edad más “vieja” que aquella del enterramiento (Waterbolk, 1983). Generalmente la "muerte" de la muestra es previa a su enterramiento. La diferencia en la edad 14C será pequeña a despreciable con muestras con edad biológica corta, menor a 20 años. Por ejemplo, ramas de pequeño diámetro; anillos periféricos; carbón de los anillos periféricos del árbol; hojas; granos; semillas; foraminíferos; valvas de moluscos con ciclo vital corto; etc. o materiales con tiempo de residencia del carbono menor a 20 años, tales como la proteína del pelo humano; colágeno de hueso; etc. Estudios botánicos del carbón vegetal son útiles para discutir la edad 14C en estas muestras debido a que ellos determinan la especie del árbol sobre los cuales se formó la muestra y una idea de la máxima edad de esa especie de árbol (estudio dendrocronológico) y si la muestra es un carbón de tronco o de una rama.

Figure 10. Efecto de “Old Wood” . Edad 14C en el sitio de muestreo (1) : 1010 ± 40 años AP ; y en el sitio(2): 900 ± 30 años 14C AP (Srdoc et al., 1983). Rutgers L.V. (2002) analizó por 14C cinco muestras provenientes de la Jewish Catacombs of Roma. Por contraste, la edad de la muestra UtC-6719 (2144 ± 46 años 14C AP) fue obviamente


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demasiado “vieja” para ser compatible con el sitio arquelógico y ello puede ser considerado solamente por un serio error debido al denominado “old wood effect”. (Figura 10).

CONCLUSIONES Como con cada método científico, la datación radiocarbónica debe utilizarse apropiadamente. Esto significa que los usuarios deben conocer los límites del método, sobre que materiales puede aplicarse y cuales serían las condiciones bajo las cuales debería emplearse. Es evidente que la muestra a fecharse debe contener carbono. Sin embargo, la mera presencia de este elemento químico no es suficiente para obtener una edad C-14 valida. Existen muchos resultados que son erróneamente interpretados, frecuentemente a causa de la falta de conocimiento acerca de la importancia del material seleccionado para datar por C-14. Por consiguiente, es fundamental un examen crítico de todos los materiales que se seleccionaron para datar. Este examen crítico puede resumirse en tres preguntas: (a) conocemos el origen de los carbonos que forman la muestra ?; (b) podemos eliminar antes de la medición de C-14 todos los carbonos secundarios (contaminantes), más "jóvenes" o más "viejos" que los carbonos originales de la muestra ?; y (c) la muestra elegida ¿es representativa del evento que deseamos datar por C-14 ?. La contestación a estas preguntas dependerá, por supuesto, del tipo de muestra, dado que un material será confiable solamente si las tres respuestas son positivas. La datación radiocarbónica ha demostrado que es el más interesante de los métodos de fechado, aunque su rango temporal de aplicación es sólo de aproximadamente unos 40.000 años A.P. La datación 14C puede proporcionar una base cronológica esencial y unificadora en las disciplinas de aplicación, pese a sus limitaciones. Erróneas interpretaciones o una falta de comprensión relacionadas con la datación 14C pueden ser: (i) de naturaleza técnica, tales como el fraccionamiento isotópico, la calibración y la discusión de los fechados absolutos; (ii) complicaciones geoquímicas tales como la contaminación, edad del reservorio, muestras con ciclo vital anual o plurianual, asociación entre la "edad de muerte" del material y la edad del evento. Sin embargo, una gran confusión se relaciona con la incorrecta comprensión y distinción de los problemas involucrados en los resultados de la datación 14C. El laboratorio de 14C y el usuario pueden estar equivocados. Los primeros en relación a la metodología y a la exactitud y precisión de la medición de 14C y los últimos en relación a la asociación estratigráfica, geológica, paleontológica o cultural de la muestra. Como la datación radiocarbónica tiene limitaciones los resultados deben discutirse e interpretarse en forma crítica. Para tales propósitos es indispensable una cooperación entre el usuario y el laboratorio radiocarbónico. Agradecimientos: A los profesionales del LATYR, Lic. Jorge Carbonari y Roberto Huarte. A las Instituciones patrocinantes del LATYR (CIG): CONICET y Fac.Cs.Nat. y Museo-UNLP. A la CIC–PBA, a la ANPCYT, a la UNLP y al CONICET por los fondos otorgados para funcionamiento e investigación. Agradezco por sus constructivos comentarios a dos revisores anónimos. BIBLIOGRAFÍA Albero, M., Angiolini, F.E., Piana, E.L. 1986. Discordant Ages Related to Reservoir Effect of Associated Archaeologic Remains from the Tunel Site, Beagle Channel, Argentine Republic. Radiocarbon 28 (2A): 748 - 753.


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Apéndice 1 - Comparar y combinar edades 14C (Wilson and Ward, 1978; ver Figini et al. 1983).

La determinación radiocarbónica se la informa como, E ± e. E es la edad 14C (valor medio) y ± e es su desviación estandar (± 1σ) debida al error de medición de la actividad 14C de la muestra en el equipo de medición (no considera ningún otro error; solo corrije por fraccionamiento isotópica). Supongamos que tenemos una serie de determinaciones 14C y por ciertos motivos deseamos comparar utilizabdo un procedimiento analítico para conocer si sus edades 14C estiman o no una misma "edad 14C verdadera". Caso 1: tengo un hueso largo y lo divido en tres partes. Los resultados obtenidos fueron, en años 14C convencionales: (1) 1890 ± 80 años AP; (2) 1780 ± 70 años AP y la (3) 1690 ± 100 años AP. Para verificar la hipótesis que estas determinaciones estiman la misma edad verdadera del hueso. La prueba la realizo con el estadístici chi-cuadrado (χ2 ), con una probabilidad del 95% y con n-1 grados de libertad (n: número de edades 14C en la serie). Para ello calculamos el estadístico "T" , cuyo valor lo comparamos con el valor chi-cuadrado de tablas. Primero debemos calcular la Media Ponderada (Mp) de las edades 14C de la serie: Mp = [ Σ (Ei / ei2 ) ] / [ Σ ( 1 / ei2 ] = [1890 / (80)2 + 1780 / (70)2 + 1690 / (100)2 ] / [ 1 / (80)2 + 1 / (70)2 + (1 / (100)2 ] = = 0.8276 / 0.00046033 = 1798 años 14C AP Σ = es el operador sumatoria. Calculada la Mp = 1798 años, podemos calcular el estadístico "T": T = Σ [ (Ei - Mp)2 / ei2 ] = [(1890 - 1798)2 / 802 ] + [(1780 - 1798)2 / 702] + + [(1690 - 1798)2 / 1002 ] = 2.54 De las tablas con un nivel de significación del 0,05 (5%) y n-1 = 3 - 1 = 2 grados de libertad obtenemos el valor de chi cuadrado: 5.99. Este valor es mayor al valor T calculado para las muestras (T < χ2 0..5; 2), por tanto la hipótesis es aceptada. Indica concordancia en las tres edades 14C determinadas sobre el mismo hueso. Las edades 14C son estadísticamente indistinguibles y estiman la misma "edad 14C verdadera". En estas condiciones podemos expresar un valor único de las tres edades 14C informadas, por uno o varios laboratorios que la determinaron. Esta es la edad 14C media ponderada, Mp = 1798 años que se redondea por convención a 1800 años 14C AP. La desviación estandar (± 1σ ) de la media ponderada (Mp) se calcula así: ep = [ 1 / Σ [ 1/ei2 ]1/2 = [(1 / 1/802 ) + (1 / 1 /702 ) + (1 / 1 / 1002) ]1/2 = [(0.00015625 +0.0002041+0.0001 ]1/2 = (1 / 0.0004603)1/2 = 47 años 14C ; por redondeo es 50 años 14C; es decir la desviación estandar (± 1σ) de las tres mediciones se ha reducido, como es lógico suponer. La expresión del valor ponderado (Mp) y su desviación estandar de las tres muestras analizadas es: 1800 ± 50 años 14C AP.- Este valor puede ser calibrado para transformar la edad 14C en años calendarios y puede informarlo en su publicación.


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Caso II : El mismo procedimiento puede realizarse en muestras asociadas en un sitio. Ejemplo Hueso y Carbón vegetal. Pueden o no estar representando la misma “edad 14C verdadera”.

public carbono 14 latyr- 2005

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