CAPÍTULO 3. MÉTODOS DE DATACIÓN - · PDF fileLos elementos radiactivos...

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  • Captulo 3. Mtodos de Datacin

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    CAPTULO 3. MTODOS DE DATACIN

    3.1 Introduccin

    El hombre siempre ha mostrado gran inters por su origen y desarrollo a travs de los

    tiempos, preguntas como: Qu?, Cmo?, Dnde? y Cundo? se han planteado para tal

    fin. La respuesta al Cundo, de manera relativa o absoluta, le corresponde al campo de la

    Datacin. La Datacin permite que las interpretaciones arqueolgicas sean ubicadas en un

    espacio y tiempo determinados de forma til y coherente, para esto, fenmenos fsicos,

    qumicos y geolgicos que se dieron en un pasado son aprovechados para fechar eventos y

    materiales y escribir la historia de la tierra y sus habitantes (Ikeya, 1993).

    Los diversos mtodos de datacin se basan en fenmenos como el decaimiento radiactivo, la

    concentracin de defectos por radiacin natural y las reacciones qumicas. Todos ellos buscan

    determinar la edad de la muestra. El ms conocido y convencional de estos mtodos es el de

    datacin por 14C.

    Como lo habamos mencionado en el captulo 1, la tcnica EPR ha sido aplicada

    recientemente a cuestiones de dosimetra y arqueologa y se ha convertido en una excelente

    herramienta para las ciencias de las radiaciones. Esta aplicacin est basada en el hecho de

    que la radiacin ionizante produce centros paramagnticos o radicales libres que puedan ser

    detectables por EPR, adems de que estos centros gozan de una vida media bastante

    prolongada en diversos materiales. La concentracin de centros en una muestra dada es una

    medida de la dosis total de radiacin a la que ha sido expuesta. Este efecto puede ser usado

    para determinar los tiempos de exposicin y por ende, en algunos de los casos, el tiempo

    burial de la muestra (Jonas, 1997).

    En este captulo se presentan brevemente las tcnicas de datacin convencionales, sus

    principios y mtodos y se enfatiza en el papel que juega la datacin por EPR entre estos

    mtodos por ser nuestra tcnica de inters.

  • Captulo 3. Mtodos de Datacin

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    3.2 Datacin por Radioistopos

    Los elementos radiactivos emiten partculas alfa (), beta () y rayos gamma () (que

    corresponden a ncleos de He, electrones y ondas electromagnticas). Los elementos

    radiactivos decaen con una vida media caracterstica T1/2, como:

    Cuya solucin sera:

    Donde N0 y N son los nmeros de tomos radiactivos presentes en un tiempo t=0 y un t,

    respectivamente, es la constante de decaimiento (=0,693/T1/2) y la radioactividad en

    desintegraciones por segundo o por ao es expresado como N. El decaimiento exponencial

    de los elementos radioactivos es mostrado en la figura 3.1.

    Figura 3.1 Decaimiento exponencial del nmero de ncleos radioactivos en funcin del tiempo.

    La cantidad de elementos radioactivos se hace extremadamente pequea conforme pasan

    varias vidas medias del radioistopo. Como el decaimiento de radioistopos es una reaccin

    nuclear profunda en el ncleo, este no es afectado por reacciones qumicas o estructuras

    atmicas en el ambiente circundante. El desarrollo de la tecnologa nuclear ha hecho fiable las

    medidas de radioactividad, por consecuencia, la datacin por radioistopos, especialmente la

    datacin radiocarbnica ha sido aceptada como un metodo de datacin estndar. A menos

    1/ 20.693/dN

    N T Ndt

    1/ 2(0,693/ )

    0

    T tN N e

  • Captulo 3. Mtodos de Datacin

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    que exista un intercambio de elementos de la muestra con el ambiente, el contenido radiactivo

    es un buen indicador del tiempo transcurrido, este tipo de muestra es conocido como sistema

    cerrado.

    3.2.1 Datacin por Radiocarbono (14C)

    La vida existe en el universo solo porque los tomos de carbono poseen ciertas propiedades

    excepcionales

    Sir James Jeans.

    Este mtodo ha sido aceptado como un metodo de datacin fiable y estndar. Naturalmente el

    14C es producido por reaccin nuclear entre el nitrgeno (14N) y neutrones trmicos (1n) de los

    rayos csmicos originados en la parte superior de la atmosfera:

    14 1 14 1

    7 0 6 1N n C H

    El 14C decae con una vida media de 5570 aos por emisin de una partcula beta (Ikeya,

    1993):

    14 14

    6 7C N e

    La datacin radiocarbnica se basa en que los procesos de generacin-degradacin de 14C se

    encuentran prcticamente equilibrados, de manera que el istopo se encuentra

    homogneamente mezclado con los tomos no radiactivos del CO2 alcanzado el equilibrio en

    la atmosfera. Las plantas vivientes tienen una concentracin equilibrada de 14C en sus

    constituyentes orgnicos debido al constante intercambio de CO2 durante la vida. La mayor

    parte del 14C (mas del 95%) es absorbido en los ocanos como carbonato disuelto, lo que

    significa que los organismos que viven en el agua de mar (corales, moluscos, etc.),

    absorbern 14C durante su ciclo de vida. Aunque la concentracin de 14C en la biosfera

  • Captulo 3. Mtodos de Datacin

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    terrestre y en los ocanos decae constantemente, este es continuamente repuesto a partir de

    la atmosfera, por tanto la cantidad de 14C que es almacenado en plantas, tejidos de animales

    y en el mundo ocenico, el reservorio de carbono global, permanece aproximadamente

    constante a travs del tiempo. En efecto, se ha concebido que el 14C de las plantas y animales

    esta en equilibrio isotpico con la atmosfera, es decir, los niveles de actividad de 14C en

    plantas y animales son las mismas que en la atmosfera (Walker M, 2005).

    Despus de la muerte del organismo, este intercambio cesa. La concentracin de 14C decae

    entonces con una vida media de 5570 aos. La edad despus de la muerte puede

    determinarse entonces por conteo de los haces de partculas beta provenientes del carbono o

    usando un acelerador de espectrometra de masas. La concentracin de 14C es usualmente

    mucho menor que una parte por billn (1ppb) del 12C estable, esta cantidad, sin embargo,

    puede ser medida por equipos modernos. Bajo circunstancias normales, el lmite de medida

    de la actividad del 14C es de ocho vidas medias. Esto traduce en un limite de edad de

    alrededor de 45000a (aos). Las muestras antiguas que usualmente son descritas como de

    edad infinita, son expresadas como: > 45000a.

    Se ha encontrado, sin embargo, que la tasa de produccin de 14C en la atmosfera no es

    constante debido a la fluctuacin de los rayos csmicos. Para corregir esta discrepancia se

    usa la dendrocronologa (datacin con anillos de rboles) que ha sido la ms importante

    fuente de calibracin de las edades radiocarbnicas. Adems, los pequeos intercambios en

    el periodo burial de CO2 o de agua, con la muestra, conlleva a un gran error en el clculo de

    la edad. La suposicin de que la muestra es un sistema cerrado (no existe intercambio de 14C

    despus de la muerte) se rompe para muestras antiguas debido al pequeo intercambio de

    carbono contaminado del ambiente (Ikeya, 1993).

    3.2.2 Datacin Potasio-Argn (40K-40Ar)

    El 40K radioactivo se presenta en la naturaleza solo en un 0.0012% del potasio estable (41K y

    39K). El 40K se desintegra en 40Ca por emisin de una partcula o se convierte en 40Ar por

    captura electrnica (ver figura 3.2). Los principios fundamentales de la datacin 40K-40Ar son

    relativamente sencillos. En un estado fundido, las rocas volcnicas, como lavas o

  • Captulo 3. Mtodos de Datacin

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    componentes cristalinas de las cenizas volcnicas, liberan 40Ar que es generado por el

    decaimiento de 40K. Una vez que las rocas se enfran, el argn ya no puede escapar y es

    atrapado dentro de las redes cristalinas del mineral en donde empieza a incrementar con el

    tiempo. El 40Ar se acumula como una funcin de la forma {exp(t)-1} por la captura electrnica

    del 40K. Como la vida media del 40K es extremadamente grande, 1,25x1010a, la tasa de

    decaimiento es aproximadamente constante en cortos periodos, es decir, el 40Ar se acumula

    linealmente con el tiempo transcurrido y esta concentracin de 40Ar puede detectarse usando

    espectrometra de masas. El lmite inferior de este mtodo de datacin es cerca de medio

    milln de aos en casos ordinarios. Estudios recientes han permitido bajar este lmite de

    manera considerable para algunos especmenes. La edad calculada por este mtodo puede

    ser errnea si el argn no es retenido en la roca, que es uno de las fuentes de error que ms

    se puede incurrir en el clculo de edad. Los principios de otros mtodos de datacin tal como

    el de 87Rb-87Sr es exactamente el mismo que el de 40K-40Ar. Los calentamientos geotrmicos

    pueden causar la disipacin de helio o argn de los minerales, haciendo este mtodo de

    datacin intil. Sin embargo puede usarse como un reloj que funciona desde la formacin o

    erupcin en muestras de origen volcnico.

    Figura 3.2 Decaimiento radiactivo del 40K

    Uno de los problemas con la datacin de potasio-argn es que la muestra debe dividirse en

    alcuotas separadas (iguales proporciones de la muestra) y esto podra conducir a un gran

    error en la edad cuando la muestra es muy heterognea. Con el fin de superar esta dificultad

    fue desarrollada la datacin argn-argn en el que las medidas son hechas con una sola

    muestra. El contenido de 40Ar es medido directamente como antes pero la concentracin de

  • Cap