¿ Qué son los ISÓTOPOS ? Los isótopos son átomos de un mismo elemento que difieren en masa, pero no en número atómico. Tienen el mismo número de protones pero no de neutrones. - Los isótopos de un mismo elemento tienen las mismas propiedades químicas. - Pueden ser estables o radiactivos (inestables). Protio 1 protón 0 neutrón Deuterio 1 protón 1 neutrón Tritio 1 protón 2 neutrones Isótopos de Hidrógeno:

Un isótopo es radiactivo cuando su núcleo no es estable y se desintegra espontáneamente emitiendo partículas y/o radiaciones. Decaimiento radiactivo: - ocurre a una velocidad aproximadamente constante, - vida media es el tiempo necesario para que la mitad de los núcleos en una muestra decaigan. - Partícula  (electrón) Antineutrino 3 H 1 3 He e -1 + antineutrino Helio 3 (un neutrón menos y un protón más) Tritio

El Carbono 14, también conocido como Radiocarbono, es el isótopo más pesado y el único radiactivo del elemento carbono. Carbono 12 6 protones 6 neutrones 98.9% Carbono 13 6 protones 7 neutrones 1.1% Carbono 14 6 protones 8 neutrones % 14 C 14 N + antineutrino + e -   El Radiocarbono decae emitiendo partículas beta cargadas negativamente.

Formación del Carbono 14

Los seres vivos asimilan carbono (sus tres isótopos) constantemente. Su contenido de 14 C está en equilibrio con el atmosférico, y es prácticamente constante 14 C asimilados ≈ 14 C que decaen. Al momento de morir, dejan de asimilar carbono, entonces su contenido de 14 C comienza a disminuir. ¿Cómo usar al 14 C para fechar? 14 C/ 12 C tiempo

De esta manera, conociendo la actividad de 14 C inicial, la actividad de 14 C de la muestra y el tiempo de vida media del 14 C, podemos saber cuánto tiempo ha pasado desde el momento de la muerte del organismo a fechar (muestra). t = - ln (A/A 0 ) A 0 es la actividad de 14 C en la atmósfera, A es lo que nosotros medimos, los decaimientos por minuto por gramo de C, y T, que fue determinado por primera vez en la década de 1950 por W. F. Libby, es de 5568 años. T ln 2 ¿Cómo usar al 14 C para fechar?

Complicaciones en el cálculo Este es un cálculo simplificado ya que no contempla : - Variaciones en la concentración de 14 C atmosférico por: - cambios en el flujo de radiación cósmica y de actividad solar - cambios en la intensidad del campo magnético dipolar terrestre - cambios en la proporción 14 C/ 12 C atmosférico por quema de combustibles fósiles - producción artificial de 14 C como resultado de pruebas nucleares en las décadas de 1950 y Nuevos cálculos del tiempo de vida media del 14 C - valor actual es 5730 años, sin embargo se sigue utilizando el original obtenido por Libby (5568 años) para mantener consistencia en resultados.

¿Cómo corregir estas variaciones? 1. Para corregir por el incremento en 14 C debido a pruebas nucleares se toma como A 0 la actividad atmosférica de 14 C que había en el año 1950, además así no es necesario saber cuándo se realizó el análisis. Existen varios materiales de referencia certificados con una actividad de 14 C equivalente a la del año 1950 (13.56 dpm/g de C). De esta manera se obtiene la que se conoce como edad convencional, que se expresa en años antes del presente (BP, por sus siglas en inglés), considerando al presente como 1950.

2. Para corregir las otras variaciones de 14 C atmosférico se han construido curvas de calibración midiendo el 14 C en anillos de árboles fechados por dendrocronología. Esta calibración relaciona la edad convencional con la edad calendario y el patrón de variación del 14 C. La edad calendario representa un intervalo del calendario y se expresa en años antes y después de Cristo (cal BC y cal AD, por sus siglas en inglés). ¿Cómo corregir estas variaciones? Edad Calendario Edad Convencional Edad convencional ≠ Edad calendario Edad calendario Edad convencional

Cualquier muestra de origen orgánico que no tenga más de 60,000 años de antigüedad. ¿Qué se puede fechar por 14 C? MaderaHuesosConchasSemillas Restos orgánicos en vasijas Pergaminos, papel, textiles Carbón y madera carbonizada Suelos y sedimentos

¿Cómo se determina el 14 C en una muestra? Dos métodos de análisis para determinar la cantidad de 14 C: átomo de 14 C partícula  molécula centellador fotón Tubo fotomultiplicador Analizador 1. Radiométrico por Espectrometría de Centelleo Líquido (LSC) Se miden los decaimientos radiactivos de la muestra. La energía de las  emitidas por los átomos de 14 C es transformada en fotones por el centellador. Estos fotones, detectados por el espectrómetro, son proporcionales al número de átomos de 14 C que hay en la muestra. Previo al análisis la muestra se transforma en benceno y se mezcla con el centellador, que es un compuesto orgánico que al absorber radiación emite fotones.

¿Cómo se determina el 14 C en una muestra? Dos métodos de análisis para determinar la cantidad de 14 C: 2. Espectrometría de Aceleración de Masas (AMS) No se determinan los decaimientos radioactivos, si no que se cuentan directamente los átomos de 14 C que hay en una muestra, utilizando un acelerador de partículas. La muestra se transforma en CO 2 o grafito para ser analizada.

¿Cómo se determina el 14 C en una muestra? LSC - muestra grande (5 a 10 g) - mejor control de contaminación - se transforma a benceno - se determina la radiación - análisis tarda semanas - máxima edad 30,000 años -se logra precisión de ± 20 años - tecnología con décadas de desarrollo AMS - muestra pequeña (30  g a 3 mg) - alta probabilidad de contaminación - se transforma a grafito - se determina el # de átomos de 14 C - tiempo de análisis corto - máxima edad 60,000 años - hasta 10,000 veces más sensible - tecnología nueva y muy costosa

En el Laboratorio Universitario de Radiocarbono (LUR) utilizamos el método de Espectrometría de Centelleo Líquido.

El proceso en el LUR 1.Pretratamiento de la muestra Es importante limpiar la muestra para eliminar cualquier tipo de contaminación que pueda afectar la cantidad de 14 C. Físico: quitar raíces, hojas, insectos, etc. bajo el microscopio. Químico: eliminar carbonatos y sustancias húmicas con ácidos y bases diluídos. Duración: una semana o más.

El proceso en el LUR 2. Síntesis de benceno La muestra, una vez limpia y seca, se transforma a benceno. Sintetizador de benceno TASK ¿Por qué a benceno? El benceno tiene buenas propiedades ópticas y un alto contenido de C (92%). Duración: hasta dos días C + O 2 (g) → CO 2 (g) (combustión) 2CO 2 (g) + 10Li → Li 2 C 2 (s) + 4Li 2 O (carburo de Li) Li 2 C 2 (s) + 2H 2 O → C 2 H 2 (g) + 2LiOH (hidrólisis) 3C 2 H 2 (g) → C 6 H 6 (formación de benceno)

El proceso en el LUR 3. Análisis El benceno obtenido a partir de la muestra se mezcla con un centellador. Se analizan en el espectrómetro la muestra, el benceno obtenido a partir del estándar (actividad de 1950) y un blanco (benceno que NO contiene 14 C). Duración: dos días por cada muestra

El proceso en el LUR 4. Cálculo de la edad Una vez calculada la edad convencional se realiza la calibración para obtener la edad calendario utilizando el programa Calib Rev Ejemplo: Para una muestra de madera carbonizada proveniente de una excavación en Teotihuacan la edad convencional es de 1760 ± 60 BP. Realizando la calibración obtuvimos entonces que la muestra tiene una edad calendario de entre Cal AD 120 y 410. Edad Calendario Edad Convencional

Objetos importantes que han sido fechados por 14 C Sedimentos de la pirámide de Cuicuilco (Cal BC , Libby 1963) Tumba del faraón Zoser Cal. BC (primera fecha 14 C, Libby 1949) El manto de Turín Cal AD 1260 – 1390 (Arizona, Oxford y Zurich, 1989) Los pergaminos del Mar Muerto Cal. BC 150 – 5 (Arizona 1995) Ötzi “el hombre de hielo” (Cal BC , Zurich 1991)

Aplicaciones en Ciencias de la Tierra El fechamiento por 14 C es una herramienta importante que, además de la arqueología, tiene aplicación en estudios de: reconstrucciones climáticas, vulcanología, hidrogeología, geología del cuaternario, ambientales, sismología, formación de suelos.