26 de octubre de 2013

El reloj radioactivo


No hay nada más cotidiano que el paso del tiempo. Es inexorable, por mucho que protestes no vuelve. Nos lo recordaba Heráclito de Éfeso, fundador de la filosofía del devenir: "este mundo en el que vivimos es un mundo en constante cambio, nadie se baña dos veces en el mismo río".

Podemos ver pasar el tiempo a diferentes escalas. Cuando nos queremos dar cuenta un año ya ha pasado y otras ocasiones un segundo dura un siglo. Algo no menos poético es que nuestra vida es larga, casi inmensa, pero se torna insignificante, quizás un leve centelleo, si la comparamos con los procesos geológicos, e incluso estos son pequeños en una escala cósmica.

Necesitamos medir el tiempo. Y para ello necesitamos puntos de apoyo. Dame un punto de apoyo y mediré el tiempo, podría ser el corolario perfecto a la sentencia de aquel sabio.

La radiactividad emitida por el carbono 14 sirve en nuestra empresa arquimediana. El carbono 14 es un isótopo radioactivo del carbono, con 6 protones y 8 neutrones. ¿Y qué es un isótopo? Como seguro sabrás, un mismo elemento químico se puede encontrar en la naturaleza en distintas formas, con la particularidad de que todos ellos reaccionan con las mismas sustancias. Sólo se diferencian entre sí, muy ligeramente, en sus masas atómicas. En 1960 el químico Willard Libby fue galardonado por el descubrimiento del método de la datación mediante el isótopo 14 del carbono.


Los objetos longevos, esos que estaban aquí antes de que el Homo sapiens vagase por la Tierra; los mismos que estarán cuando el tiempo del ser humano haya pasado, se pueden datar y conocer su edad. Principalmente se utiliza para datar fósiles, pero sus aplicaciones van mucho más allá. Estamos hablando del Carbono 14 (14C).

Es un buen punto de apoyo en nuestra difícil tarea de medir aquello que fluye. Los elementos radioactivos tienen una característica que encaja en nuestras intenciones: se desintegran a un ritmo constante, de tal manera que podemos cuantificar cuánto del elemento se ha desintegrado para poder poner fecha a un objeto.

Todas las plantas y animales tenemos una cantidad conocida de 14C mientras estamos vivos. Las plantas utilizan el carbono del CO2 del aire para construir moléculas orgánicas. Los animales nos aprovechamos de ellas a través de la alimentación. Las moléculas orgánicas formadas por las plantas llegan a nosotros directamente al consumir vegetales o gracias a la cadena trófica vegetal-herbívoro-carnívoro. El carbono del que se nutren las plantas se encuentra en varias formas en la atmósfera. La mayoría es 12C (no radioactivo) pero cuando los rayos cósmicos y otras partículas energéticas chocan contra el nitrógeno de la atmósfera se forma 14C (nitrógeno + neutrón = 14C). Este 14C pasa a formar parte del CO2 que es empleado por las plantas, gracias a la característica principal de los isótopos: reaccionan con las mismas sustancias. El 14C es muy inestable, es decir, espontáneamente se desintegra a nitrógeno 14, mediante el mecanismo llamado desintegración beta, por la cual un nucleido emite una partícula beta (un electrón o positrón) para compensar la relación de neutrones y protones del núcleo atómico. Mientras estamos vivos ingerimos de forma continua el 14C  de modo que, aunque se desintegre, la relación 14C/12C permanece constante.

Hasta que algo sucede. Por esos caprichos que a veces tenemos, vamos y nos morimos. Al estar muertos, las plantas o los animales, tienen la costumbre de no incorporar carbono en la dieta. No se ingiere 14C  pero sí se desintegra, lenta e inexorablemente. De modo que la relación 14C/12C se va modificando.

Se sabe que 5700 años es el tiempo que tarda cualquier cantidad de 14C en desintegrarse a la mitad (50%), es lo que se conoce como "vida media". Para llegar al 25% de la cantidad original tardará otros 5700 años. Si nos encontramos con un fósil y queremos saber su edad, simplemente tenemos que medir la cantidad de 14C que tiene (lo sabemos midiendo el nivel de radiación que emite) y compararla con el valor inicial al estar vivos. El límite está en 50000 años. Objetos más antiguos emiten muy poca cantidad de radiación y por ello no es fiable su medición de esta manera.

¿Nadie ve la paradoja? Necesitamos cosas que cambien con el tiempo para poder medir el tiempo de las cosas.

BIBLIOGRAFÍA:
  • Más aplicaciones del carbono 14. Investigación y Ciencia. Octubre 1978.
  • Lilley, John (2001). Nuclear Physics. Principles and Applications. John Wiley & Sons, Ltd. ISBN 0-471-97936-8.
  • Mariño, Xurxo. (2007). Po de estrelas. Consello da cultura galega.