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Calibración de radiocarbono

La calibración del radiocarbono es el proceso de convertir los porcentajes brutos de isótopos de carbono en estimaciones de la edad real de una muestra. Esto es necesario princi...

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La calibración del radiocarbono es el proceso de convertir los porcentajes brutos de isótopos de carbono en estimaciones de la edad real de una muestra. Esto es necesario principalmente porque la atmósfera 14C / 12La proporción C no ha sido constante históricamente.

El proceso comienza con una fórmula fija que convierte la proporción isotópica en un número de "años de radiocarbono" bajo el supuesto de que la proporción isotópica ambiental siempre ha sido la misma que en 1950 y que la vida media del 14C es 5568 años. [ 1 ] Para que la edad del radiocarbono sea la misma sin importar cuándo se mida, esta edad no calibrada se suele dar en " 14 años C AP", donde AP (literalmente " antes del presente ") significa "antes de 1950".

El segundo paso consiste en ajustar la edad no calibrada para obtener una estimación más precisa de la edad en años calendario. Esto tiene en cuenta que la vida media real del 14C es 5730 años, y también tiene en cuenta la variación en las proporciones de isótopos ambientales a lo largo de los años. El ajuste se realiza aplicando una " curva de calibración " que se actualiza periódicamente. Los puntos de la curva se han determinado experimentalmente mediante métodos como la medición de la proporción de isótopos en madera cuya edad se establece firmemente mediante el conteo de anillos de árboles. [ 1 ] Dado que la curva no es monótona , a veces es posible más de una edad calendario. Además, las incertidumbres tanto en la medición de isótopos como en la curva de calibración implican que las edades calibradas se citan como intervalos de confianza que consisten en uno o más rangos y la probabilidad asociada. Por ejemplo, una edad calibrada podría ser "2120–2144 o 2150–2171 cal BP con un 90 % de confianza".

Historia

Willard Libby , inventor de la datación por radiocarbono , señaló ya en 1955 la posibilidad de que la proporción atmosférica hubiera variado con el tiempo. Comenzaron a observarse discrepancias entre las edades medidas y las fechas históricas conocidas de los artefactos, y quedó claro que sería necesario aplicar correcciones a las edades de radiocarbono para obtener fechas del calendario. [ 2 ]

Construcción de una curva

Un gráfico que muestra una línea de calibración desde 0 hasta menos de 50.000 años.
Un gráfico que muestra una línea de calibración desde 0 hasta más de 50.000 años.
Las curvas del hemisferio norte provienen de INTCAL13 e INTCAL20. Hay gráficos separados para el hemisferio sur y para la calibración de datos marinos. [ 3 ] [ 4 ]

Para producir una curva que pueda usarse para relacionar los años calendario con los años radiocarbónicos, se necesita una secuencia de muestras con datación segura, que puedan analizarse para determinar su edad radiocarbónica. La dendrocronología , o el estudio de los anillos de los árboles, condujo a la primera de estas secuencias: los anillos de árboles de piezas individuales de madera muestran secuencias características de anillos que varían en grosor debido a factores ambientales como la cantidad de lluvia en un año determinado. Estos factores afectan a todos los árboles de un área, por lo que examinar las secuencias de anillos de árboles de madera vieja permite identificar secuencias superpuestas. De esta manera, una secuencia ininterrumpida de anillos de árboles puede extenderse mucho en el pasado. La primera secuencia publicada de este tipo, basada en los anillos del pino bristlecone, fue creada en la década de 1960 por Wesley Ferguson . [ 5 ] Hans Suess realizó mediciones de radiocarbono en los anillos del pino bristlecone para publicar la primera curva de calibración para la datación por radiocarbono en 1967. [ 2 ] [ 6 ] [ 7 ] La curva mostró dos tipos de variación con respecto a la línea recta: una fluctuación a largo plazo con un período de aproximadamente 9000 años y una variación a corto plazo, a menudo denominada "ondulaciones", con un período de décadas. Suess dijo que trazó la línea que mostraba las ondulaciones a mano alzada , o "a mano alzada". Durante algún tiempo no estuvo claro si las ondulaciones eran reales o no, pero ahora están bien establecidas. [ 6 ] [ 7 ]

El método de calibración también supone que la variación temporal en 14El nivel C es global, de modo que un pequeño número de muestras de un año específico son suficientes para la calibración, lo cual se verificó experimentalmente en la década de 1980. [ 2 ]

Durante los siguientes 30 años, se publicaron muchas curvas de calibración utilizando una variedad de métodos y enfoques estadísticos. [ 8 ] Fueron reemplazadas por la serie de curvas INTCAL , comenzando con INTCAL98, publicada en 1998, y actualizada en 2004, 2009, 2013 y 2020. [ 9 ] Las mejoras a estas curvas se basan en nuevos datos recopilados de anillos de árboles, varvas , coral y otros estudios. Las adiciones significativas a los conjuntos de datos utilizados para INTCAL13 incluyen datos de foraminíferos marinos no varvados y espeleotemas datados con U-Th . Los datos de INTCAL13 incluyen curvas separadas para los hemisferios norte y sur, ya que difieren sistemáticamente debido al efecto del hemisferio. [ 10 ] También hay una curva de calibración marina separada, ya que las concentraciones de radiocarbono difieren entre el océano y la atmósfera. [ 11 ] La curva de calibración para el hemisferio sur se conoce como SHCal, a diferencia de IntCal para el hemisferio norte; la versión más reciente se publicó en 2020. También existe una curva para el período posterior a 1955, donde los niveles de radiocarbono se inflaron artificialmente debido a las pruebas de bombas atómicas, que varía con la latitud, conocida como Bomb Cal. [ 12 ]

Métodos

Probabilístico

El resultado de CALIB para valores de entrada de 1260 a 1280 BP, utilizando la curva INTCAL13 del hemisferio norte.

Los métodos modernos de calibración toman la distribución normal original de los rangos de edad radiocarbónica y la utilizan para generar un histograma que muestra las probabilidades relativas de las edades calendario. Esto debe hacerse mediante métodos numéricos en lugar de una fórmula, ya que la curva de calibración no se puede describir como una fórmula. [ 8 ] Entre los programas para realizar estos cálculos se encuentran OxCal y CALIB. Se puede acceder a ellos en línea; permiten al usuario introducir un rango de fechas con un nivel de confianza de una desviación estándar para las edades radiocarbónicas, seleccionar una curva de calibración y generar resultados probabilísticos tanto en formato tabular como gráfico. [ 13 ] [ 14 ]

En el ejemplo de salida de CALIB que se muestra a la izquierda, los datos de entrada son de 1270 BP, con una desviación estándar de 10 años de radiocarbono. La curva seleccionada es la curva INTCAL13 del hemisferio norte, parte de la cual se muestra en la salida; el ancho vertical de la curva corresponde al ancho del error estándar en la curva de calibración en ese punto. A la izquierda se muestra una distribución normal; estos son los datos de entrada, en años de radiocarbono. La parte central más oscura de la curva normal es el rango dentro de una desviación estándar de la media; el área gris más clara muestra el rango dentro de dos desviaciones estándar de la media. La salida se encuentra a lo largo del eje inferior; es un gráfico trimodal, con picos alrededor de 710 d. C., 740 d. C. y 760 d. C. Nuevamente, los rangos de confianza de 1σ están en gris oscuro y los rangos de confianza de 2σ están en gris claro. [ 14 ]

Interceptar

Antes de que la disponibilidad generalizada de ordenadores personales hiciera viable la calibración probabilística, se utilizaba un método de "intercepción" más sencillo.

Parte de la curva de calibración INTCAL13, que muestra los métodos correctos (t 1 ) e incorrectos (t 2 ) para determinar un rango de año calendario a partir de una curva de calibración con un error dado [ 3 ].

Una vez que las pruebas han producido una edad de muestra en años de radiocarbono con un rango de error asociado de más o menos una desviación estándar (generalmente escrito como ±σ), la curva de calibración se puede utilizar para derivar un rango de edades calendario para la muestra. La propia curva de calibración tiene un término de error asociado, que se puede ver en el gráfico etiquetado como "Error de calibración y error de medición". Este gráfico muestra datos INTCAL13 para los años calendario 3100 BP a 3500 BP. La línea continua es la curva de calibración INTCAL13, y las líneas punteadas muestran el rango de error estándar, que al igual que con el error de muestra, es una desviación estándar. Simplemente leer el rango de años de radiocarbono contra las líneas punteadas, como se muestra para la muestra t 2 , en rojo, da un rango de años calendario demasiado grande. El término de error debe ser la raíz de la suma de los cuadrados de los dos errores: [ 15 ]

σtotal=σmuestra2+σcalibre2{\displaystyle \sigma _{\text{total}}={\sqrt {\sigma _{\text{muestra}}^{2}+\sigma _{\text{calib}}^{2}}}}

El ejemplo t 1 , en verde en el gráfico, muestra este procedimiento: el término de error resultante, σ total , se utiliza para el rango, y este rango se utiliza para leer el resultado directamente del propio gráfico sin referencia a las líneas que muestran el error de calibración. [ 15 ]

Las distintas dataciones por radiocarbono, con errores estándar similares, pueden dar lugar a rangos de años calendario muy diferentes, dependiendo de la forma de la curva de calibración en cada punto.

Las variaciones en la curva de calibración pueden conducir a rangos de años calendario resultantes muy diferentes para muestras con diferentes edades de radiocarbono. El gráfico de la derecha muestra la parte de la curva de calibración INTCAL13 de 1000 BP a 1400 BP, un rango en el que hay desviaciones significativas de una relación lineal entre la edad de radiocarbono y la edad calendario. En los lugares donde la curva de calibración es pronunciada y no cambia de dirección, como en el ejemplo t 1 en azul en el gráfico de la derecha, el rango de años calendario resultante es bastante estrecho. Donde la curva varía significativamente tanto hacia arriba como hacia abajo, un solo rango de fecha de radiocarbono puede producir dos o más rangos de años calendario separados. El ejemplo t 2 , en rojo en el gráfico, muestra esta situación: un rango de edad de radiocarbono de aproximadamente 1260 BP a 1280 BP se convierte en tres rangos separados entre aproximadamente 1190 BP y 1260 BP. Una tercera posibilidad es que la curva sea plana para algún rango de fechas calendario; En este caso, ilustrado por t 3 , en verde en el gráfico, un rango de unos 30 años de radiocarbono, desde 1180 AP hasta 1210 AP, resulta en un rango de años calendario de aproximadamente un siglo, desde 1080 AP hasta 1180 AP. [ 8 ]

El método de intersección se basa únicamente en la posición de las intersecciones en el gráfico. Estas se consideran los límites del intervalo de confianza del 68%, o una desviación estándar. Sin embargo, este método no utiliza la suposición de que el rango de edad radiocarbono original es una variable con distribución normal: no todas las fechas en el rango de edad radiocarbono son igualmente probables, y por lo tanto, no todas las fechas en el rango de edad calendario resultante son igualmente probables. Derivar un rango de año calendario mediante intersecciones no tiene esto en cuenta. [ 8 ]

Sincronización de movimientos

Para un conjunto de muestras con una secuencia y separación en el tiempo conocidas, como una secuencia de anillos de árboles, las edades de radiocarbono de las muestras forman un pequeño subconjunto de la curva de calibración. La curva resultante se puede luego ajustar a la curva de calibración real identificando dónde, en el rango sugerido por las fechas de radiocarbono, las ondulaciones en la curva de calibración coinciden mejor con las ondulaciones en la curva de fechas de las muestras. Esta técnica de "ajuste de ondulaciones" puede conducir a una datación más precisa que la posible con fechas de radiocarbono individuales. [ 16 ] Dado que los puntos de datos en la curva de calibración están separados por cinco años o más, y dado que se requieren al menos cinco puntos para una coincidencia, debe haber al menos un lapso de 25 años de datos de anillos de árboles (o similares) para que esta coincidencia sea posible. El ajuste de ondulaciones se puede utilizar en lugares donde hay una meseta en la curva de calibración y, por lo tanto, puede proporcionar una fecha mucho más precisa que la que pueden producir los métodos de intersección o probabilidad. [ 17 ] La técnica no se restringe a los anillos de árboles; Por ejemplo, una secuencia de tefra estratificada en Nueva Zelanda, que se sabe que es anterior a la colonización humana de las islas, ha sido datada en 1314  d. C. ± 12 años mediante el método de ajuste por ondulación. [ 18 ]

Combinación de fechas calibradas

Cuando se obtienen varias dataciones por radiocarbono para muestras que se sabe o se sospecha que provienen del mismo objeto, es posible combinar las mediciones para obtener una datación más precisa. A menos que las muestras tengan definitivamente la misma edad (por ejemplo, si ambas se tomaron físicamente de un solo objeto), se debe aplicar una prueba estadística para determinar si las dataciones provienen del mismo objeto. Esto se realiza calculando un término de error combinado para las dataciones por radiocarbono de las muestras en cuestión y, posteriormente, calculando una edad media combinada. A continuación, se puede aplicar una prueba t para determinar si las muestras tienen la misma media verdadera. Una vez hecho esto, se puede calcular el error para la edad media combinada, lo que proporciona una respuesta final de una sola fecha y un rango, con una distribución de probabilidad más estrecha (es decir, mayor precisión) como resultado de las mediciones combinadas. [ 19 ]

Las técnicas estadísticas bayesianas pueden aplicarse cuando hay varias fechas de radiocarbono que calibrar. Por ejemplo, si se toma una serie de fechas de radiocarbono de diferentes niveles en una secuencia estratigráfica determinada, el análisis bayesiano puede ayudar a determinar si algunas de las fechas deben descartarse como anomalías y puede utilizar la información para mejorar las distribuciones de probabilidad de salida. [ 16 ]

Referencias

  1. 1 2 Unidad de acelerador de radiocarbono de Oxford. "Calibración de radiocarbono" . Consultado el 8 de julio de 2025 .
  2. 1 2 3 Aitken (1990), págs .  66-67.
  3. 1 2 Reimer, Paula J. ; et al. (2013). "Curvas de calibración de edad radiocarbono IntCal13 y Marine13 0–50,000 años cal BP" . Radiocarbono . 55 (4): 1869– 1887. Bibcode : 2013Radcb..55.1869R . doi : 10.2458/azu_js_rc.55.16947 . hdl : 10289/8955 . 
  4. ↑ Heaton, Timothy J.; Blaauw, Maarten; Blackwell, Paul G.; Ramsey, Christopher Bronk; Reimer, Paula J.; Scott, E. Marian (agosto de 2020). "El enfoque IntCal20 para la construcción de curvas de calibración de radiocarbono: una nueva metodología que utiliza splines bayesianos y errores en las variables" . Radiocarbono . 62 (4): 821– 863. Bibcode : 2020Radcb..62..821H . doi : 10.1017/RDC.2020.46 . ISSN 0033-8222 . 
  5. ↑ Taylor (1987), págs. 19 – 21.
  6. 1 2 Bowman (1995), págs. 16–20.
  7. 1 2 Suess (1970), pág. 303.
  8. 1 2 3 4 Bowman (1995), págs. 43–49.
  9. ↑ Reimer, Paula J (2020). "La curva de calibración de edad radiocarbono del hemisferio norte IntCal20 (0–55 cal kBP)" . Radiocarbono . 62 (4): 725– 757. Bibcode : 2020Radcb..62..725R . doi : 10.1017/RDC.2020.41 . hdl : 11585/770531 .
  10. ↑ Stuiver, M.; Braziunas, TF (1993). "Modelado atmosférico 14Influencias de C y 14Edades de carbono de muestras marinas hasta 10 000 a. C." . Radiocarbono . 35 (1): 137– 189. doi : 10.1017/S0033822200013874 .
  11. ^ Heaton, Timothy J.; Kohler, Peter; Butzin, Martín; Bardo, Eduardo; Reimer, Ron W.; Austin, William EN; Ramsey, Christopher Bronk; Grootes, Pieter M.; Hughen, Konrad A.; Kromer, Bernd; Reimer, Paula J.; Adkins, Jess; Burke, Andrea; Cocinero, Mea S.; Olsen, Jesper (2020). "Marine20: la curva de calibración de la edad del radiocarbono marino (0 a 55 000 cal BP)" . Radiocarbono . 62 (4): 779– 820. Código bibliográfico : 2020Radcb..62..779H . doi : 10.1017/RDC.2020.68 . hdl : 1912/26513 . ISSN 0033-8222 . 
  12. ↑ "Discusión: Informes y calibración de datos de 14C posteriores a las bombas" . Radiocarbono . 46 (3): 1299– 1304. 2004. Bibcode : 2004Radcb..46.1299. . doi : 10.1017/S0033822200033154 . ISSN 0033-8222 . 
  13. ↑ "OxCal" . Unidad de Aceleración de Radiocarbono de Oxford . Universidad de Oxford. 23 de mayo de 2014. Consultado el 26 de junio de 2014 .
  14. 1 2 Stuiver, M.; Reimer, PJ Reimer; Reimer, R. (2013). "CALIB Radiocarbon Calibration" . CALIB 14C Calibration Program . Queen's University, Belfast . Recuperado el 26 de junio de 2014 .
  15. 1 2 Aitken (1990), pág. 101.
  16. 1 2 Walker (2005), págs. 35−37.
  17. ↑ Aitken (1990), págs. 103-105.
  18. ↑ Walker (2005), págs. 207−209.
  19. ↑ Gillespie (1986), págs. 30-32.

Bibliografía

  • Aitken, MJ (1990). Datación científica en arqueología . Londres: Longman. ISBN 978-0-582-49309-4.
  • Bowman, Sheridan (1995) [1990]. Datación por radiocarbono . Londres: British Museum Press. ISBN 978-0-7141-2047-8.
  • Gillespie, Richard (1986) [con correcciones de la edición original de 1984]. Manual del usuario de radiocarbono . Oxford: Comité de Arqueología de la Universidad de Oxford. ISBN 978-0-947816-03-2.
  • Suess, HE (1970). «Calibración de la escala de tiempo del radiocarbono del 5200 a. C. al presente mediante el pino bristlecone». En Olsson, Ingrid U. (ed.). Variaciones del radiocarbono y cronología absoluta . Nueva York: John Wiley & Sons. págs. 303–311 . 
  • Taylor, RE (1987). Datación por radiocarbono . Londres: Academic Press. ISBN 978-0-12-433663-6.
  • Walker, Mike (2005). Métodos de datación del Cuaternario (PDF) . Chichester: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-86927-7. Archivado del original (PDF) el 14-07-2014 . Consultado el 26-07-2014 .

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