Com s’ho fan per…
…datar coses molt antigues
Moltes vegades ens hem preguntat com pot ser que puguin dir que una planta o un animal pugui tenir milers d’anys. Com ho poden saber?
Aquesta tècnica rep el nom de datació per carboni 14.
El carboni 14 és un isòtop del carboni 12 del qual estem formats tots nosaltres. Estem composats en la nostra majoria per carboni 12 i altres àtoms en menor quantia. Els isòtops d'un element químic són les varietats en les quals se solen presentar els seus àtoms. Hi ha en la naturalesa tres isòtops del carboni: el 12 C, el 13 C i el 14 C. Són tres varietats d'un mateix element químic, el carboni, els nuclis dels quals contenen el mateix nombre de protons (sis), però un número diferent de neutrons (sis, set i vuit), la qual cosa els fa, malgrat tenir propietats químiques semblants, tenir una massa atòmica diferent: dotze, tretze i catorze. Gairebé el 99% del CO2 atmosfèric és del tipus que conté el carboni lleuger 12 C, el més estable químicament. Una petita part, l’1,1% del CO2 és una mica més pesada, ja que conté 13 C. I finalment existeix també en l'atmosfera, en molt petita proporció, un tipus de CO2 que conté 14 C, que és radioactiu i inestable, és a dir, podem aclarir que desapareix o es transforma i les aplicacions del qual han estat fonamentalment paleocronològiques.
Aquesta inestabilitat del carboni 14 és la que dóna lloc al càlcul de la pèrdua de 14 C, als organismes morts s'utilitza per datar els fòssils i quan diem pèrdua, tornem a repetir, és la desaparició d’aquest 14 C a causa de la seva inestabilitat.
Les plantes vives són les que assimilen el carboni del CO2 atmosfèric durant la fotosíntesi i l'expulsen durant la respiració. D'aquesta forma, els teixits de les plantes vives -i els dels animals vius (humans inclosos) que s'alimenten d'aquestes plantes- contínuament estan intercanviant 14 C amb l'atmosfera (amb la petita proporció de què es composa aquesta varietat d’isòtop). Això fa que la proporció 14 C/12 C del carboni contingut en els teixits orgànics dels éssers vius és semblant a la del CO2 de l'atmosfera. Ara bé, quan els organismes vegetals o animals moren, para l'intercanvi amb l'atmosfera i s’atura el reemplaçament del carboni dels seus teixits. Des d'aquest moment el percentatge de 14 C de la matèria orgànica morta comença a disminuir, ja que es transforma en 14 N (nitrogen) per la seva inestabilitat i ja no és reemplaçat. És a dir, el resultat de la inestabilització del C14 és purament nitrogen i radiació com el que respirem, altament estable químicament.
La massa de 14 C de qualsevol fòssil disminueix a un ritme exponencial, que és conegut. Se sap que als 5.730 anys de la mort d'un ésser viu la quantitat de 14 C en les seves restes fòssils s'ha reduït a la meitat i que als 57.300 anys és de tan sols el 0,01% del que tenia quan era viu.
Sabent la diferència entre la proporció de 14 C que hauria de contenir un fòssil si encara fos viu (semblant a la de l'atmosfera en el moment en què va morir) i la que realment conté es pot conèixer la data de la seva mort.
La quantitat i el percentatge de 14 C es calcula mesurant les emissions de partícules ß (radioactives) de la mostra. El mètode només és viable per a fòssils no molt vells, menors d'uns 60.000 anys, ja que per a edats superiors les emissions de partícules ß són ja massa poc intenses i difícils de mesurar, per la qual cosa els errors poden ser molt grans.
A la pràctica, la datació dels fòssils es complica perquè la concentració atmosfèrica de 14 C ha variat substancialment al llarg del temps. Això fa que es necessiti saber no solament la quantitat de 14 C que queda a la mostra fòssil, sinó també la concentració atmosfèrica que existia en el moment de la seva mort. Tots aquests paràmetres fan que a vegades la datació d’un fòssil pugui patir diverses variacions, però tot i així en milers d’anys s’aconsegueixen exactituds de pocs anys d’error.
Es coneixen, més o menys amb exactitud, les variacions de 14 C hagudes en els últims 11.800 anys gràcies a la dendrocronologia, és a dir, a l'anàlisi de la fusta dels anells (les edats dels quals coneixem per conteo) de sèries encavalcades de troncs d'arbres vius i fòssils d'Europa. Més enllà les dades són més pobres i imprecises i no poden basar-se en l'estudi d'arbres fòssils, encara que recentment ha sorgit l'esperança de poder fer-ho amb uns enormes arbres fòssils neozelandesos denominats kauri, que poden viure fins mil anys, i que s'han trobat enterrats en antics maresmes.
El període conegut s'ha estès més recentment fins fa uns 50.000 anys per mitjà de l'anàlisi del 14 C contingut en els sediments laminars del fons de certes conques lacustres i oceàniques, com per exemple la conca de Cariaco a Veneçuela, i fins als 45.000 anys a partir de l'anàlisi d'una estalagmita d'una cova submergida en les Bahames.
Durant els últims deu mil anys hi ha hagut un declivi en la concentració de carboni 14 en l'atmosfera a causa d'una variació del camp geomagnètic terrestre que ha reforçat l'escut protector dels raigs còsmics. Aquesta disminució, amb fluctuacions, ha estat en els últims 10.000 anys d'un 15% aproximadament respecte al nivell de 1950 .
Però a part d'aquest declivi i en temps més curts, en escales de segles o menys, les causes de les variacions hagudes en la concentració de 14 C atmosfèric són a causa d’uns altres dos motius: 1) els canvis en l'activitat solar i 2) les variacions en la ventilació oceànica. Amb tot això veureu que no és tan fàcil com podria semblar donar una datació correcta.
El carboni-14 i activitat solar
El vent solar, lligat a la intensitat d'emissió d'energia solar, intercepta part de la radiació còsmica galàctica -responsable de la formació de 14 C- abans que aquesta arribi a la Terra.
Per això, quan en un fòssil, o en la fusta d'un anell d'arbre, del qual ja es coneix la seva edat per altres mètodes, es troba una anomalia respecte al percentatge de 14 C que li correspondria contenir, això indica que en l'època en la qual va viure aquest fòssil, o va créixer aquest anell d'arbre, hi va poder haver una anomalia a la producció de 14 C atmosfèric i, per tant, en la intensitat de la radiació còsmica galàctica que assolia llavors la Terra. L'arribada de major o menor radiació còsmica galàctica depèn inversament de la intensitat del vent solar que la intercepta. Per això, finalment, es pot deduir que les anomalies detectades el 14 C depenen de les anomalies de l'emissivitat solar.
Les èpoques en què hi va haver una major producció de 14 C es corresponen amb èpoques de menor activitat solar (i més radiació còsmica incident). Si a més es produeix un increment del Beril·li-10, un isòtop del beril·li també cosmogènic, la hipòtesi d'una menor activitat solar es reforça.
I viceversa, les èpoques de menor producció de 14 C han de relacionar-se amb èpoques d'alta activitat solar. Segons alguns paleoclimatòlegs, una sequera llarga i intensa ocorreguda entre el 750 i el 1025 de la nostra era, que coincideix amb una baixa producció de 14 C (i alta activitat solar), senyalitzada en els sediments lacustres de Yucatán, va ser en l'origen del declivi de la civilització Maia. Aquells segles sembla que van ser també calorosos a Europa (el Període Càlid Medieval) a causa, potser, d’aquesta major activitat solar.
Fixeu-vos també amb un altre dels grans problemes que tenim actualment: El canvi climàtic. Per què es vol acusar al desenvolupament humà del canvi climàtic si hi ha hagut diverses èpoques de la nostra història que hi ha hagut escalfament? Per mi són tot interessos econòmics.
El carboni-14 i els canvis en la ventilació oceànica
Poden produir-se variacions importants en la concentració atmosfèrica de 14 C quan canvien dràsticament les condicions de ventilació dels mars.
Ocorre que hi ha un intercanvi continu de CO2 entre l'atmosfera i els oceans. Ara bé, una vegada que el CO2 és absorbit per l'aigua i penetra a l'oceà pot romandre segles atrapat en ell i, per tant, el seu carboni es va empobrint en 14 C. D'aquesta forma el CO2 tornat a l'atmosfera en els processos d'aflorament d'aigües profundes conté un carboni empobrit en 14 C, la qual cosa fa que es redueixi també la concentració de 14 C del CO2 atmosfèric.
Quan el cicle d'intercanvi de carboni entre l'atmosfera i l'oceà es modifica també ho fa la concentració de 14 C, tant en l'atmosfera com a la superfície de l'oceà.
Josep Anton Gabarron
< Portada |
