Sábado, 16 de diciembre de 2017

Español Inglés

16/11/2017

LA HUELLA QUÍMICA EN LA HISTORIA DE LA HUMANIDAD

LA HUELLA QUIÍMICA EN LA HISTORIA DE LA HUMANIDAD

Sabemos que los seres humanos tenemos una huella dactilar que es única para cada ser humano y que permite nuestra identificación al ir asociada a nuestro Documento Nacional de Identidad mediante un número. Por otro lado y debido al desarrollo tecnológico que está experimentando nuestra sociedad, la mayoría de nosotros tenemos lo que se conoce como huella digital tecnológica que es el rastro que vamos dejando cuando navegamos por internet. Pero además existe una huella química en los seres humanos así como en toda la materia orgánica  y alguna inorgánica que hace que perduremos en el tiempo una vez muertos.

¿Existe alguna relación entre la Química y la Historia de la Humanidad? Podríamos pensar que son dos disciplinas totalmente distintas, sin embargo entre ellas existe...cierta relación. Reflexionemos unos instantes para llegar a este punto de encuentro.

Todas las sociedades han necesitado construir una explicación sobre el origen del mundo y de los hombres, así como, desde los albores de los tiempos los hombres se han preguntado de qué estaba constituida la materia que los rodeaba. Hasta mediados del siglo XIX esta necesidad de saber estuvo cubierta en el ámbito occidental por la narración bíblica: el universo y dentro de él, los seres humanos habían sido creados por Dios. Sin embargo, los avances de algunas ramas de las ciencias durante el siglo XIX como la geología y la biología pasaron a dominar en estas disciplinas (el fluvialismo y el evolucionismo) planteando que el planeta y los seres vivos que lo habitan tenían un origen más antiguo. Antes del siglo XIX se habían encontrado restos de útiles inequívocamente humanos que acompañaban a restos de animales ya extintos, lo que probaba la antigüedad de la presencia del hombre sobre la Tierra. Desde entonces, el origen de la especie humana y sus cambios evolutivos constituyen algunas de las cuestiones centrales de la Prehistoria y debido a la complejidad y a las amplias implicaciones que tienen, las interpretaciones son varias y a menudo enfrentadas.

Mientras que en biología el término especie se define como el conjunto de organismos cuyos miembros pueden emparejarse y tener descendencia fértil en términos paleontológicos el origen del hombre, como especie humana, se cuenta a partir de restos fósiles ya que no existen poblaciones vivas. En los fósiles, la especie se reconoce por la morfología, teniendo en cuenta que los miembros de una misma especie se reconocen por rasgos anatómicos compartidos. El problema que surge en el estudio de los fósiles es establecer el límite temporal que separa dos especies, o bien como evaluar dentro de una misma especie la variedad de formas, ya sea por diferencia de sexo o por otros factores. Así podemos decir que las ciencias sociales y las ciencias naturales unieron sus conocimientos produciendo una de las bases a las que recurre la antropología, entendiendo por antropología la ciencia que estudia al ser humano de forma integral, y que en la segunda mitad del siglo XIX ya se reconocía como una disciplina independiente. No obstante y junto a ella encontramos la arqueología, que se dedica al estudio de los restos materiales dispersos en la geografía y conservados a través del tiempo permitiendo el estudio de los cambios producidos desde las sociedades antiguas a las más actuales. Podríamos decir por tanto que la arqueología es una disciplina de la antropología.

El ser humano puede por tanto entender su presente gracias a su pasado con ayuda de tres disciplinas diferentes pero muy relacionadas entre sí: la Historia, la Antropología y la Arqueología...y en todo esto ...¿donde encaja la Química?

En esa misma variable temporal la Química estaba en pleno desarrollo, pero fue en la primera mitad del siglo XX, concretamente en 1932 cuando se descubrió el fenómeno de la radiactividad por Becquerel. En 1934, el matrimonio Curie fueron capaces de sintetizar el primer isótopo artificial radiactivo. Marie y Pierre Curie descubrieron elementos químicos y empleaban la radiactividad de los elementos como prueba fundamental de su existencia, en realidad median la emisión específica de un elemento radiactivo. Pero... ¿Que es la radiactividad? Ocurre que algunos elementos químicos no son estables y se encuentran en la naturaleza. Estos elementos sufrirán unas desintegraciones en cascada para transformarse en otros elementos químicos más estables, toda esta transformación la realizan de forma espontánea con emisión de partículas o de energía durante el proceso de desintegración. A este método lo llamaron método radioquímico. Impensable en aquel momento que este método se emplease a día de hoy para desentrañar procesos fisicoquímicos o biológicos en campos tan dispares como la cinética química o la arqueología para la datación con carbono 14 de restos fósiles. Cuando Marie Curie inventó el método no existían estas ciencias pero si se planteó que se había descubierto un campo científico en el que aparecerían nuevas herramientas de análisis. Por todo su trabajo y toda una vida dedicada a la investigación Marie Curie fue la primera mujer en ser galardonada con un Nobel, bueno en realidad fueron dos, Nobel de Química por el descubrimiento del  radio y polonio y el Nobel de Física por la clasificación de la radiactividad en α, β y γ, aunque este último lo compartió con Pierre Curie y Becquerel. En aquella misma época, en 1940 el químico americanocanadiense Martin D. Kamen descubrió un isótopo de carbono radiactivo poco común, el carbono 14, . En 1946 el físico químico estadounidense Willard Libby  dio a conocer la formación del isótopo radiactivo de carbono, , a través de reacciones nucleares en la atmósfera[1].

El trabajo de Libby tenía su origen en el descubrimiento, realizado por el físico americano Serge Korff, en 1939, de que el bombardeo de la atmósfera por los rayos cósmicos produce neutrones. Después de la II Guerra Mundial Libby dirigió un equipo de científicos para desarrollar un método que midiese la actividad del radiocarbono y fue el primer científico en sugerir que el isótopo inestable del carbono, denominado radiocarbono o carbono-14, pudiese existir en la materia viva. Finalmente, en 1947, el equipo de investigadores dirigido por Libby elaboró la técnica de datación mediante carbono 14. En esta ocasión fue Libby quien recibió el premio Nobel de Química en 1960 por el desarrollo del método del carbono 14 para el análisis temporal. Este método que se convirtió en un instrumento indispensable para la arqueología, la antropología física y la geología. Por tanto, aquí hemos llegado al punto de encuentro entre historia, antropología, arqueología y química que estábamos buscando, ya que uno de los métodos que se utiliza para datar muestras arqueológicas de la Prehistoria reciente (desde el final del Paleolítico Medio) es la datación con Carbono-14.

Pero vayamos por partes....

QUÍMICA BÁSICA

Todos los elementos químicos del Sistema Periódico poseen lo que en química se conoce como isótopos. ¿Qué es un isótopo? Se denomina isótopo a los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones (partículas positivas), y de electrones (partículas negativas) pero que poseen distinto número de neutrones (partículas eléctricamente neutras o sin carga). En el caso del carbono encontramos tres isótopos C-12, C-13, que son estables y C-14, que es radiactivo e inestable. El más abundante de los tres es el carbono 12 que además de abundante es estable y por ello es el que aparece en la Tabla periódica de los elementos y el menos  abundante es el carbono 14 y que además es inestable y por tanto tiende a transformarse en otro elemento químico que sea más estable por emisión de partículas β dando lugar a emisión de radiación.

¿Cómo se forma el carbono 14?

El carbono 14 se genera como consecuencia de una reacción nuclear que se produce de forma natural en la atmósfera terrestre por  la incidencia de rayos cósmicos llegados del espacio exterior. Nunca podríamos imaginar que los rayos cósmicos que nos llegan del exterior podrían iniciar una reacción química que acabaría dejando una huella radiactiva que podría delatar nuestra edad pasados varios miles de años desde el momento de nuestra muerte.

En esas reacciones nucleares se producen neutrones que reaccionan con átomos del nitrógeno molecular presente en la atmósfera y éste se transforma en el isótopo radiactivo del carbono 14 con emisión de protones según la siguiente reacción química:

Cómo los rayos cósmicos llegan a nuestra atmósfera de forma constante, ésta reacción se produce permanentemente y por tanto podemos decir que la presencia de carbono radiactivo y no radiactivo en nuestra atmósfera es constante...bueno no tanto...ya que la inmensa estupidez humana en la carrera nuclear modificó esos valores y es que hay que saber discernir entre lo que descubrimos, los avances y beneficios que nos pueden dar y lo que no se puede hacer por sus consecuencias tanto a nivel de la humanidad como a nivel de destrucción de nuestro entorno.

En cualquier caso la existencia de carbono 14 es un hecho irrefutable desde la existencia de atmósfera en nuestro planeta. La explicación de cómo ese isótopo radiactivo entra a formar parte de la materia orgánica e inorgánica es fácil: mediante la fotosíntesis. Claro, entonces como nosotros los humanos contenemos carbono 14 esto implica que lo incorporamos porque hacemos la fotosíntesis..... No, los seres humanos no realizamos este proceso fotosintético que es único y exclusivo del Reino plantas pero si ingerimos esas plantas.

Las plantas incorporan mediante la fotosíntesis el carbono radiactivo de manera que la proporción en éstas  es similar a la de la atmósfera. Las plantas toman el 14C del dióxido de carbono, CO2, de la atmósfera a través de la  fotosíntesis. Los animales herbívoros ingieren las plantas y nosotros nos alimentamos de herbívoros y vegetales.  Pero cuando el organismo vivo muere no se incorporan nuevos átomos de 14C a los tejidos,  y la concentración del isótopo 14C va decreciendo conforme se transforma en 12N mediante la transformación por desintegración radiactiva:

No obstante , cuando se produce la muerte el carbono 14 se desintegra siempre a la misma velocidad, disminuyendo su proporción respecto al contenido total de carbono. Al cabo de miles de años, midiendo la proporción de carbono 14 se sabe cuando murió el ser vivo.

¿QUÉ ES LA DATACIÓN CON CARBONO 14?

Datación: Determinación de la fecha en que surge o se produce una cosa (un escrito, un objeto, una obra, un acontecimiento, etc.) o de la edad de rocas, minerales, seres vivos o restos arqueológicos. La datación con carbono 14 o datación por radiocarbono es aplicable a materiales orgánicos e inorgánicos pero no a metales y nos permite calcular la edad de estos materiales que contienen carbono hasta aproximadamente unos 50 000 años4. Asimismo, Libby midió por primera vez la tasa de decaimiento del radiocarbono y estableció que su vida media era de 5.568 años ± 30 años.

El método convencional consiste en medir la cantidad de radiación conservada, lo que permite determinar el tiempo transcurrido desde la muerte de ese organismo hasta el presente ya que cuando se produce la muerte del organismo ese elemento inestable y radiactivo empieza a emitir radiación y su presencia en los restos orgánicos en cuestión se va reduciendo. Básicamente se mide la radiactividad residual del carbono.

MATERIALES QUE PUEDEN SER DATADOS CON RADIOCARBONO

No todos los materiales pueden ser datados por radiocarbono. En general se pueden datar con este método toda la materia orgánica y alguna materia inorgánica. Por ejemplo carbón, madera, semillas, huesos, cuero, turba, suelo, cabello, cerámica, polen, pinturas murales, corales, residuos de sangre, tejidos, papel o pergamino, resinas, y agua, entre otros.

MÉTODOS DE MEDICIÓN DE RADIOCARBONO

Existen tres técnicas diferentes de medición:

  • Recuento proporcional de gas. En este caso la muestra de carbono se transforma en dióxido de carbono gaseoso y se miden las partículas beta (electrones) emitidos consecuencia del decaimiento del carbono radiactivo.
  • Recuento de centelleo líquido. En esta técnica la muestra se halla en estado líquido y se le añade un contador de centelleo el cual produce un destello de luz cuando interacciona con una partícula beta (electrón) durante el proceso de decaimiento del carbono.                  
  • Espectrometría de masas con aceleradores. Se trata de la técnica más moderna en datación con radiocarbono. El método no tiene en cuenta las partículas beta, sino el número de átomos de carbono presentes en la muestra y la proporción de los isótopos.

¿ES LA DATACIÓN CON RADIOCARBONO UN MÉTODO CORRECTO?

Los arqueólogos deben considerar si los resultados de la datación por radiocarbono después de la calibración pueden proporcionar las respuestas necesarias a las preguntas arqueológicas que se han planteado. Han de tener en cuenta la implicación de lo que está representado por la actividad de carbono 14 en una muestra. A partir de esos resultados nos plantearemos si la datación con radiocarbono ha sido la técnica adecuada para la datación o no.

Se debe tener muy en cuenta el contexto que rodea la muestra ya que la relación entre la muestra y el contexto en ocasiones es complicada. La fecha de datación de una muestra será siempre anterior al contexto en el que es encontrada. Algunas muestras dejaron de interactuar con la biosfera y tienen una edad aparente cuando mueren. Establecer un vínculo entre la edad de la muestra y la de los depósitos alrededor de la muestra sería totalmente incorrecto. Por otro lado no se pueden datar todos los restos de un depósito, han de recolectarse las muestras adecuadas del depósito, que no estén contaminadas por otros restos. Todo ello formará parte de la labor minuciosa de los arqueólogos que junto al trabajo de los científicos realizarán la datación con radiocarbono.

La interpretación de los resultados de la datación por radiocarbono no es sencilla y, a veces, los arqueólogos consideran los resultados de datación carbono 14 “arqueológicamente inaceptables”. En estos casos, el arqueólogo rechaza el resultado de la datación por radiocarbono después de la evaluación de la cronología del sitio de la excavación. Puede ser que haya un problema subyacente de sedimentación, o una contaminación inesperada, o incluso un problema de laboratorio. En cualquiera de los casos, todavía vale la pena considerar cuidadosamente por qué los resultados de la datación por radiocarbono fueron considerados inaceptables. La datación con radiocarbono se corrige con la dendrocronología, una técnica que se basa en el estudio de los anillos de árboles muy antiguos, es lo que se conoce como la memoria de los árboles.

Para estudiar el origen del hombre se emplean otros métodos científicos complementarios. La antropología física, el método más clásico, se basa en el estudio de la morfología del esqueleto de nuestros ancestros, debido a que los huesos son los únicos restos que se conservan. Este método se basa principalmente en que los cambios evolutivos se reflejan en la anatomía de los miembros de cada especie.

Por otro lado a finales del siglo XX se desarrollaron otros métodos complementarios basados en el estudio de la biología molecular. Están basados en el principio de la deriva genética. Realmente lo que se estudia es el grado de afinidad biológica, es decir, la similitud de los componentes biológicos entre dos o más especies.

Como podemos observar existen diversos métodos de diferentes disciplinas que vendrían a complementarse unos a otros cuando se trata de establecer fechas de datación de materiales bien orgánicos o inorgánicos. Por lo que podemos concluir que todas las disciplinas son necesarias y que aunque parezcan diferentes simplemente son complementarias, todas están relacionadas de una u otra manera.

RELACIÓN ENTRE LOS CIENTÍFICOS DEL RADIOCARBONO Y LOS ARQUEÓLOGOS

Es importante que los científicos del radiocarbono y los arqueólogos se pongan de acuerdo en la estrategia de muestreo antes de comenzar la excavación para que tanto tiempo, esfuerzo y recursos no sean desperdiciados y para que se produzcan resultados significativos en el proceso de datación por carbono. Como siempre el trabajo colaborativo, minucioso y con unos mismos objetivos claros son necesarios para obtener unos resultados óptimos y satisfactorios

Varios son los factores por los que los arqueólogos necesitan interactuar con los laboratorios de radiocarbono antes de la excavación:

  1. Tipo de muestra, tamaño y embalaje

No todos los laboratorios realizan la datación de todo tipo de muestras, existen por ejemplo laboratorios que no datan carbonatos, es decir, los laboratorios tienen limitaciones en términos de las muestras que pueden procesar para su datación por radiocarbono.

También se debe de consultar a los laboratorios la cantidad requerida de muestra que idealmente quieren procesar, así como sus preferencias de ciertas muestras para la datación. Po ejemplo, algunos laboratorios aceptan madera saturada de agua, mientras que otros prefieren que esté seca en el momento de la presentación.

  1. La recolección de muestras

Una de las normas más básicas del trabajo de laboratorio es el enorme cuidado que ha deponerse a la hora de recolectar la muestra en cuestión. Las muestras no deben ser contaminadas durante la recolección y el almacenamiento, por lo que hay que evitar el contacto con hidrocarburos, pegamento, biocidas, polietileno glicol, o acetato de polivinilo. Otros contaminantes potenciales incluyen papel, cartón, algodón, hilo, y ceniza de cigarro.

  1. Almacenamiento de las muestras

Otro de los puntos importantes en el proceso de laboratorio para la datación con 14C  es el almacenamiento de la muestra. Las muestras deben estar protegidas durante el transporte incluso si van a ser almacenadas durante un largo periodo de tiempo. Así el embalaje debe responder a esas necesidades y se deben de colocar unas etiquetas en los envases que no deben despegarse o borrarse fácilmente. Los embalajes pueden ser de distintos materiales bien de vidrio o bien de aluminio, cada uno con sus ventajas e inconvenientes.

Los envases de vidrio pueden utilizarse para almacenar muestras para datación por radiocarbono, pero son susceptibles a la rotura y pueden ser poco prácticos cuando se trata de muestras grandes. Los envases de aluminio con tapas de rosca son seguros, pero aun así es mejor consultar al laboratorio qué envases son los más adecuados para cada tipo de muestra.

  1. Errores y calibración

Se deben tener en cuenta los distintos tipos de error a cometer en cualquier laboratorio a la hora de trabajar con muestras. Así se deberá conocer si los resultados que emita el laboratorio tienen errores sistemáticos o al azar, sin olvidar solicitar detalles sobre la calibración utilizada para conversión de años BP a años de calendario. Todas estas recomendaciones deberán ser tenidas en cuenta por arqueólogos o cualquier cliente en general.

  1. Costo

El costo será variable en función del tipo de muestra.

  1. Escala de tiempo

La datación por radiocarbono lleva tiempo, y los laboratorios a menudo tienen listas de espera, por lo que este factor debe ser considerado.

  1. Identificación de la muestra

El proceso de datación por carbono es destructivo y los laboratorios suelen aconsejar a sus clientes con respecto a la identificación de la muestra o el etiquetado. Sin embargo, es responsabilidad de los clientes asegurarse de que todas las muestras para la datación por radiocarbono han sido etiquetadas correctamente antes de comenzar las pruebas,  utilizando etiquetas que no se despeguen y que no se borren.

  1. Tipos de contaminantes

Cuando la muestra llega al laboratorio se debe de comunicar al mismo la existencia de  los posibles tipos de contaminantes en el sitio de la excavación. Conocer el tipo de contaminante también da a los científicos de radiocarbono una idea de los métodos de tratamientos previos que se deben hacer antes de empezar el proceso de desintegración de la muestra.

  1. Edad esperada de la muestra

Normalmente los laboratorios suelen preguntar a los clientes la edad esperada de las muestras presentadas para datación por radiocarbono. Esto se hace para estar seguros de que se evita la contaminación cruzada durante el procesamiento de la muestra y que ninguna muestra de edad considerable (más de 10.000 años) debe seguir a las modernas. Además, los laboratorios también tratan de evitar la datación por carbono de muestras que van a producir grandes intervalos de calendario.

En conclusión, todos nosotros disponemos de esa huella química que permitirá que perduremos en el tiempo durante un largo periodo y todo ello gracias al isótopo 14 del carbono. El proceso para la datación no es sencillo pero si es curioso como una cosa tan pequeña como un átomo aúna los trabajos de disciplinas tan diferentes como la química y la arqueología, aunque no tan diferentes porque si hay algo que tenemos en común todos los que las estudiamos y las realizamos es que nos mueve la curiosidad de querer saber, de querer conocer siempre...algo más.

BIBLIOGRAFIA:

  • "Breve historia de la Química" Isaac Asimov. Páginas 250-251.Alianza Editorial.
  • "Historia de la Humanidad I" Jesús González y Alfonso Moure. El origen del hombre. Páginas 6 - 9. Arlanza Ediciones S.A.
  • Isaac Asimov. Introducción a la ciencia. Capítulo V: Los elementos Capítulo VI: Las partículas. Plaza&Janés.
  • Marie Curie La radiactividad y los elementos. El secreto mejor guardado de la materia. Capítulo 2: Polonio y Radio. RBA.
  • https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/4547/como-funciona-la-datacion-por-carbono-14
  • https://es.wikipedia.org/wiki/Carbono-14
  • https://web.archive.org/web/20070705182336/
  • http://www.nosams.whoi.edu/about/carbon_dating.html
  • http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Carbono14.htm
  • http://naukas.com/2012/02/21/por-que-la-datacion-por-carbono-14-no-sirve-para-muestras-modernas/
  • https://www.radiocarbon.com/espanol/sobre-carbono-datacion.htm
  • https://www.radiocarbon.com/espanol/arqueologia.htm
  • https://es.wikipedia.org/wiki/Dataci%C3%B3n_por_radiocarbono
  • http://www.ehu.eus/biomoleculas/isotopos/carbono14.htm 
  • https://ahombrosdegigantescienciaytecnologia.wordpress.com/2015/09/08/la-datacion-mediante-carbono-14-frank-libby/
  • http://www.cienciactiva.gob.pe/cienciactiva-informa/sabes-que-es-dendrocronologia-y-para-que-sirve

 

 

 



[1] (Libby, W. F. (1946). «Atmospheric helium-three and radiocarbon from cosmic radiations.». Phys. Rev., 69: 671–672).

 

VOLVER

WEBS DE INTERÉS

Isidro Cruz Villegas

Revista Historia Agraria

Revista Historia Social

Centro de Investigaciones Históricas de la Decomcracia Española

Asociación Española de Historia Económica

Seminario de Estudios de Franquismo y Transición

ISSN 2340-8057