datación por radiocarbono

Durante su vida, una planta o un animal se encuentra en equilibrio con su entorno mediante el intercambio de carbono, ya sea con la atmósfera o a través de su dieta. Por lo tanto, tendrá la misma proporción de ¹⁴C como la atmósfera, o en el caso de animales o plantas marinas, con el océano. Una vez que muere, deja de adquirir ¹⁴C , pero el ¹⁴El carbono dentro de su material biológico en ese momento continuará descomponiéndose, y por lo tanto la proporción de ¹⁴C a ¹²El carbono en sus restos disminuirá gradualmente. Porque ¹⁴El carbono-14 se desintegra a una tasa conocida; la proporción de radiocarbono se puede utilizar para determinar cuánto tiempo ha transcurrido desde que una muestra determinada dejó de intercambiar carbono  ; cuanto más antigua sea la muestra, menor será la proporción de carbono ^-14.C quedará a la izquierda. ^{[ 16 ]}

La ecuación que rige la desintegración de un isótopo radiactivo es: ^{[ 5 ]}

${\displaystyle N=N_{0}\,e^{-\lambda t}\,}$

donde N ₀ es el número de átomos del isótopo en la muestra original (en el tiempo t = 0, cuando murió el organismo del que se tomó la muestra), y N es el número de átomos que quedan después del tiempo t . ^{[ 5 ]} λ es una constante que depende del isótopo en particular; para un isótopo dado, es igual al recíproco de la vida media  , es decir, el tiempo promedio o esperado que un átomo dado sobrevivirá antes de sufrir desintegración radiactiva. ^{[ 5 ]} La vida media, denotada por τ , de ¹⁴C es 8.267 años, ^{[ nota 4 ]} por lo que la ecuación anterior se puede reescribir como: ^{[ 20 ]}

${\displaystyle t=\ln(N_{0}/N)\cdot {\text{8267 años}}}$

Se supone que la muestra originalmente tenía los mismos ¹⁴C / ¹²La relación C es como la relación en la atmósfera, y dado que se conoce el tamaño de la muestra, se puede calcular el número total de átomos en la muestra, obteniendo N ₀ , el número de ¹⁴Átomos de C en la muestra original. Medición de N , el número de ¹⁴Los átomos de C presentes actualmente en la muestra permiten calcular t , la edad de la muestra, utilizando la ecuación anterior. ^{[ 16 ]}

La vida media de un isótopo radiactivo (generalmente denotada por t _1/2 ) es un concepto más familiar que la vida media, por lo que, aunque las ecuaciones anteriores se expresan en términos de la vida media, es más habitual citar el valor de ¹⁴La vida media de C es mayor que su vida media. El valor actualmente aceptado para la vida media de ¹⁴C es 5700 ± 30 años. ^{[ 21 ]} Esto significa que después de 5700 años, solo la mitad de los ^{14 iniciales}C permanecerá; una cuarta parte permanecerá después de 11.400 años; una octava parte después de 17.100 años; y así sucesivamente.

Los cálculos anteriores se basan en varias suposiciones, como que el nivel de ¹⁴El C en la atmósfera se ha mantenido constante a lo largo del tiempo. ^{[ 5 ]} De hecho, el nivel de ¹⁴El C en la atmósfera ha variado significativamente y, como resultado, los valores proporcionados por la ecuación anterior deben corregirse utilizando datos de otras fuentes. ^{[ 22 ]} Esto se hace mediante curvas de calibración (que se analizan más adelante), que convierten una medición de ¹⁴C en una muestra en una edad calendario estimada. Los cálculos implican varios pasos e incluyen un valor intermedio llamado "edad radiocarbonada", que es la edad en "años radiocarbonados" de la muestra: una edad citada en años radiocarbonados significa que no se ha utilizado ninguna curva de calibración − los cálculos para años radiocarbonados suponen que la atmósfera ¹⁴C / ¹²La relación C no ha cambiado con el tiempo. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

El cálculo de las edades de radiocarbono también requiere el valor de la vida media del ¹⁴C. En el artículo de Libby de 1949, utilizó un valor de 5720 ± 47 años, basado en la investigación de Engelkemeir et al. ^{[ 25 ]} Este valor era notablemente cercano al valor moderno, pero poco después el valor aceptado se revisó a 5568 ± 30 años, ^{[ 26 ]} y este valor se utilizó durante más de una década. Se revisó nuevamente a principios de la década de 1960 a 5730 ± 40 años, ^{[ 27 ] [ 28 ]} lo que significó que muchas fechas calculadas en artículos publicados antes de esto eran incorrectas (el error en la vida media es de aproximadamente el 3%). ^{[ nota 5 ]} Para mantener la coherencia con estos primeros artículos, se acordó en la Conferencia de Radiocarbono de 1962 en Cambridge (Reino Unido) utilizar la "vida media de Libby" de 5568 años. Las edades de radiocarbono todavía se calculan utilizando esta vida media y se conocen como "Edad de Radiocarbono Convencional". Dado que la curva de calibración ( IntCal ) también informa sobre la atmósfera pasada ¹⁴La concentración de C utilizando esta edad convencional, cualquier edad convencional calibrada con respecto a la curva IntCal producirá una edad calibrada correcta. Cuando se cita una fecha, el lector debe tener en cuenta que si se trata de una fecha no calibrada (término utilizado para las fechas dadas en años de radiocarbono) puede diferir sustancialmente de la mejor estimación de la fecha real del calendario, tanto porque utiliza un valor incorrecto para la vida media del ¹⁴C , y debido a que no se ha aplicado ninguna corrección (calibración) para la variación histórica de ¹⁴C en la atmósfera a lo largo del tiempo. ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 30 ] [ nota 6 ]}

El carbono se distribuye por toda la atmósfera, la biosfera y los océanos; estos se denominan colectivamente reservorio de intercambio de carbono, ^{[ 33 ]} y cada componente también se denomina individualmente reservorio de intercambio de carbono. Los diferentes elementos del reservorio de intercambio de carbono varían en la cantidad de carbono que almacenan y en el tiempo que tarda en ¹⁴C generado por rayos cósmicos para mezclarse completamente con ellos. Esto afecta la proporción de ¹⁴C a ¹²C en los diferentes reservorios y, por lo tanto, las edades de radiocarbono de las muestras que se originaron en cada reservorio. ^{[ 5 ]} La atmósfera, que es donde ¹⁴Se genera C , que contiene aproximadamente el 1,9% del carbono total en los yacimientos, y el ¹⁴C contiene mezclas en menos de siete años. ^{[ 34 ]} La proporción de ¹⁴C a ¹²El C en la atmósfera se toma como referencia para los demás depósitos: si otro depósito tiene una relación más baja de ¹⁴C a ¹²C , indica que el carbono es más antiguo y, por lo tanto, que alguno de los ¹⁴El C se ha desintegrado, o el reservorio está recibiendo carbono que no está en la línea base atmosférica. ^{[ 22 ]} La superficie del océano es un ejemplo: contiene el 2,4% del carbono en el reservorio de intercambio, pero solo hay alrededor del 95% de esa cantidad ¹⁴C como cabría esperar si la proporción fuera la misma que en la atmósfera. ^{[ 5 ]} El tiempo que tarda el carbono de la atmósfera en mezclarse con la superficie del océano es de solo unos pocos años, ^{[ 35 ]} pero las aguas superficiales también reciben agua del océano profundo, que tiene más del 90% del carbono en el reservorio. ^{[ 22 ]} El agua del océano profundo tarda unos 1000 años en circular de nuevo a través de las aguas superficiales, por lo que las aguas superficiales contienen una combinación de agua más antigua, con ^{14 empobrecido}C y agua recientemente en la superficie, con ¹⁴C en equilibrio con la atmósfera. ^{[ 22 ]}

Las criaturas que viven en la superficie del océano tienen los mismos ¹⁴Las proporciones de C como el agua en la que viven y como resultado de la reducción ¹⁴C / ¹²La relación C , la edad radiocarbonada de la vida marina es típicamente de unos 400 años. ^{[ 36 ] [ 37 ]} Los organismos terrestres están en un equilibrio más cercano con la atmósfera y tienen el mismo ¹⁴C / ¹²Relación C como la atmósfera. ^{[ 5 ] [ nota 8 ]} Estos organismos contienen alrededor del 1,3% del carbono en el reservorio; los organismos marinos tienen una masa de menos del 1% de los terrestres y no se muestran en el diagrama. La materia orgánica muerta acumulada, tanto de plantas como de animales, supera la masa de la biosfera por un factor de casi 3, y dado que esta materia ya no intercambia carbono con su entorno, tiene un ¹⁴C / ¹²Relación C inferior a la de la biosfera. ^{[ 5 ]}

En los primeros años de uso de la técnica, se entendió que dependía de la atmósfera ¹⁴C / ¹²La proporción C se había mantenido igual durante los miles de años anteriores. Para verificar la precisión del método, se analizaron varios artefactos que podían datarse mediante otras técnicas; los resultados de las pruebas coincidieron razonablemente con las edades reales de los objetos. Sin embargo, con el tiempo, comenzaron a aparecer discrepancias entre la cronología conocida de las dinastías egipcias más antiguas y las fechas de radiocarbono de los artefactos egipcios. No se podía asumir que ni la cronología egipcia preexistente ni el nuevo método de datación por radiocarbono fueran precisos, pero una tercera posibilidad era que el ¹⁴C / ¹²La proporción de C había cambiado con el tiempo. La cuestión se resolvió mediante el estudio de los anillos de los árboles : ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]} la comparación de series superpuestas de anillos de árboles permitió la construcción de una secuencia continua de datos de anillos de árboles que abarcaba 8000 años. ^{[ 39 ]} (Desde entonces, la serie de datos de anillos de árboles se ha extendido a 13 900 años). ^{[ 30 ]} En la década de 1960, Hans Suess pudo utilizar la secuencia de anillos de árboles para demostrar que las fechas derivadas del radiocarbono eran consistentes con las fechas asignadas por los egiptólogos. Esto fue posible porque, aunque las plantas anuales, como el maíz, tienen un ¹⁴C / ¹²La relación C refleja la relación atmosférica en el momento en que crecían, los árboles solo agregan material a su anillo de crecimiento más externo en un año determinado, mientras que los anillos de crecimiento internos no reciben su ¹⁴C se repuso y en cambio comenzó a perder ¹⁴C a través de la desintegración. Por lo tanto, cada anillo conserva un registro de la atmósfera ¹⁴C / ¹²Relación C del año en que creció. La datación por carbono de la madera a partir de los propios anillos del árbol proporciona la verificación necesaria sobre la atmosférica ¹⁴C / ¹²Relación C : con una muestra de fecha conocida y una medición del valor de N (el número de átomos de ¹⁴C restante en la muestra), la ecuación de datación por carbono permite calcular N ₀ – el número de átomos de ¹⁴C en la muestra en el momento en que se formó el anillo del árbol, y por lo tanto el ¹⁴C / ¹²Relación C en la atmósfera en ese momento. ^{[ 39 ] [ 41 ]} Equipados con los resultados de la datación por carbono de los anillos de los árboles, fue posible construir curvas de calibración diseñadas para corregir los errores causados ​​por la variación a lo largo del tiempo en el ¹⁴C / ¹²Relación C. ^{[ 42 ]} Estas curvas se describen con más detalle a continuación .

El carbón y el petróleo comenzaron a quemarse en grandes cantidades durante el siglo XIX. Ambos son lo suficientemente antiguos como para contener poco o ningún ^{14 detectable.}C y, como resultado, el CO₂ liberados diluyeron sustancialmente la atmósfera ¹⁴C / ¹²Relación C. Por lo tanto, datar un objeto de principios del siglo XX da una fecha aparente anterior a la fecha real. Por la misma razón, ¹⁴Las concentraciones de C en las proximidades de las grandes ciudades son inferiores a la media atmosférica. Este efecto de los combustibles fósiles (también conocido como efecto Suess , en honor a Hans Suess, quien lo describió por primera vez en 1955) solo supondría una reducción del 0,2% en ¹⁴La actividad del carbono si el carbono adicional de los combustibles fósiles se distribuyera por todo el reservorio de intercambio de carbono, pero debido al largo retraso en la mezcla con el océano profundo, el efecto real es una reducción del 3%. ^{[ 39 ] [ 43 ]}

Un efecto mucho mayor proviene de las pruebas nucleares en superficie, que liberaron grandes cantidades de neutrones a la atmósfera, lo que resultó en la creación de ¹⁴C. Desde aproximadamente 1950 hasta 1963, cuando se prohibieron las pruebas nucleares atmosféricas , se estima que varias toneladas de ¹⁴C se crearon. Si todo esto adicional ¹⁴Si el carbono se hubiera extendido inmediatamente por todo el depósito de intercambio de carbono, habría provocado un aumento en el ^14.C / ¹²La proporción de C era de solo unos pocos por ciento, pero el efecto inmediato fue casi duplicar la cantidad de ^14.C en la atmósfera, con el nivel máximo en 1964 para el hemisferio norte y en 1966 para el hemisferio sur. Desde entonces, el nivel ha disminuido, a medida que este pulso de la bomba o "carbono de la bomba" (como a veces se le llama) se filtra al resto del reservorio. ^{[ 39 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 38 ]}

La fotosíntesis es el proceso principal mediante el cual el carbono se mueve de la atmósfera a los seres vivos. En las vías fotosintéticas ¹²C se absorbe ligeramente más fácilmente que ¹³C , que a su vez se absorbe más fácilmente que ¹⁴C. La captación diferencial de los tres isótopos de carbono conduce a ¹³C / ¹²C y ¹⁴C / ¹²Las proporciones de carbono en las plantas difieren de las proporciones en la atmósfera. Este efecto se conoce como fraccionamiento isotópico. ^{[ 45 ] [ 46 ]}

Para determinar el grado de fraccionamiento que tiene lugar en una planta determinada, se deben medir las cantidades de ambos ¹²C y ¹³Se miden los isótopos de C y el resultado ¹³C / ¹²La relación C se compara luego con una relación estándar conocida como PDB. ^{[ nota 9 ]} El ¹³C / ¹²La relación C se utiliza en lugar de ¹⁴C / ¹²C porque el primero es mucho más fácil de medir, y el segundo se puede derivar fácilmente: el agotamiento de ¹³C en relación con ¹²C es proporcional a la diferencia en las masas atómicas de los dos isótopos, por lo que el agotamiento para ¹⁴C es el doble del agotamiento de ¹³C. ^{[ 22} ] El fraccionamiento ^{de 13}C , conocido como δ ¹³ C , se calcula de la siguiente manera: ^{[ 45 ]}

${\displaystyle \delta {\ce {^{13}C}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{muestra}}}{\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{estándar}}}}-1\right)\times 1000}$‰

donde el signo ‰ indica partes por mil . ^{[ 45 ]} Debido a que el estándar PDB contiene una proporción inusualmente alta de ¹³C , ^{[ nota 10 ]} δ ¹³ C más medidoLos valores son negativos.

En los organismos marinos, los detalles de las reacciones de la fotosíntesis se comprenden menos, y el δ ¹³ CLos valores para los organismos fotosintéticos marinos dependen de la temperatura. A temperaturas más altas, el CO_{El compuesto 2} tiene poca solubilidad en agua, lo que significa que hay menosCO.₂ disponibles para las reacciones fotosintéticas. En estas condiciones, el fraccionamiento se reduce y a temperaturas superiores a 14 °C elδ¹³CLos valores son correspondientemente más altos, mientras que a temperaturas más bajas, el CO₂ se vuelve más soluble y, por lo tanto, más disponible para los organismos marinos. ^{[ 46 ]}

El δ ¹³ CEl valor para los animales depende de su dieta. Un animal que come alimentos con alto δ ¹³ CLos valores tendrán un δ ¹³ C más altoque uno que come alimentos con un δ ¹³ C más bajovalores. ^{[ 45 ]} Los propios procesos bioquímicos del animal también pueden afectar los resultados: por ejemplo, tanto los minerales óseos como el colágeno óseo suelen tener una mayor concentración de ¹³C que se encuentra en la dieta del animal, aunque por diferentes razones bioquímicas. El enriquecimiento del hueso ¹³C también implica que el material excretado se agota en ¹³C en relación con la dieta. ^{[ 49 ]}

Desde ^{el 13}El carbono constituye aproximadamente el 1% del carbono en una muestra, el ¹³C / ¹²La relación C se puede medir con precisión mediante espectrometría de masas . ^{[ 22 ]} Valores típicos de δ ¹³ CSe han encontrado experimentalmente para muchas plantas, así como para diferentes partes de animales como el colágeno óseo , pero al datar una muestra determinada es mejor determinar el δ ¹³ C.valor para esa muestra directamente en lugar de confiar en los valores publicados. ^{[ 45 ]}

El intercambio de carbono entre el CO atmosférico₂ y el carbonato en la superficie del océano también está sujeto a fraccionamiento, con ¹⁴C en la atmósfera es más probable que ¹²C para disolverse en el océano. El resultado es un aumento general en el ¹⁴C / ¹²Relación C en el océano del 1,5%, en relación con el ¹⁴C / ¹²Relación C en la atmósfera. Este aumento en ¹⁴La concentración de C casi exactamente anula la disminución causada por el afloramiento de agua (que contiene agua vieja y, por lo tanto, ¹⁴empobrecido en carbono) del océano profundo, de modo que las mediciones directas de ¹⁴Las mediciones de radiación de carbono son similares a las realizadas en el resto de la biosfera. Al corregir la fracción isotópica, como se hace con todas las dataciones por radiocarbono para permitir la comparación entre resultados de diferentes partes de la biosfera, se obtiene una edad aparente de unos 400 años para el agua superficial del océano. ^{[ 22 ] [ 37 ]}

La hipótesis original del reservorio de intercambio de Libby asumía que el ¹⁴C / ¹²La relación C en el depósito de intercambio es constante en todo el mundo, ^{[ 50 ]} pero desde entonces se ha descubierto que hay varias causas de variación en la relación a lo largo del depósito. ^{[ 36 ]}

Cualquier adición de carbono a una muestra de diferente edad provocará que la fecha medida sea inexacta. La contaminación con carbono moderno hace que una muestra parezca más joven de lo que realmente es: el efecto es mayor en muestras más antiguas. Si una muestra de 17.000 años de antigüedad se contamina de manera que el 1% de la muestra sea carbono moderno, parecerá 600 años más joven; para una muestra de 34.000 años de antigüedad, la misma cantidad de contaminación causaría un error de 4.000 años. La contaminación con carbono antiguo, sin ^{14 restantes}C provoca un error en la dirección opuesta, independientemente de la edad  : una muestra contaminada con un 1 % de carbono antiguo parecerá tener unos 80 años más de los que realmente tiene, independientemente de la fecha de la muestra. ^{[ 54 ]}

• Es común reducir una muestra de madera al componente de celulosa antes de realizar la prueba, pero dado que esto puede reducir el volumen de la muestra al 20 % de su tamaño original, a menudo también se realiza la prueba de la madera completa. El carbón vegetal se suele analizar, pero probablemente necesite tratamiento para eliminar los contaminantes. ^{[ 55 ] [ 56 ]}
• Se puede analizar el hueso no quemado; lo habitual es datarlo utilizando el colágeno , la fracción proteica que queda tras eliminar el material estructural del hueso. La hidroxiprolina , uno de los aminoácidos constituyentes del hueso, se consideraba un indicador fiable, ya que no se sabía que se encontrara fuera del hueso, pero desde entonces se ha detectado en aguas subterráneas. ^{[ 55 ]}
• En el caso de huesos quemados, la posibilidad de realizar pruebas depende de las condiciones en las que se quemaron. Si el hueso se calentó en condiciones reductoras , es posible que se haya carbonizado (junto con la materia orgánica asociada). En este caso, la muestra suele ser utilizable. ^{[ 55 ]}
• Las conchas de organismos marinos y terrestres se componen casi en su totalidad de carbonato de calcio, ya sea como aragonita o calcita , o una mezcla de ambas. El carbonato de calcio es muy susceptible a la disolución y recristalización; el material recristalizado contendrá carbono del entorno de la muestra, que puede ser de origen geológico. Si es inevitable analizar la concha recristalizada, a veces es posible identificar el material original de la concha mediante una serie de pruebas. ^{[ 57 ]} También es posible analizar la conquiolina , una proteína orgánica presente en la concha, pero esta constituye solo el 1-2% del material de la concha. ^{[ 56 ]}
• Los tres componentes principales de la turba son el ácido húmico , las huminas y el ácido fúlvico . De estos, las huminas proporcionan los datos más fiables, ya que son insolubles en álcalis y es menos probable que contengan contaminantes del entorno de la muestra. ^{[ 56 ]} Una dificultad particular con la turba seca es la eliminación de las raicillas, que probablemente sean difíciles de distinguir del material de la muestra. ^{[ 55 ]}
• El suelo contiene materia orgánica, pero debido a la probabilidad de contaminación por ácido húmico de origen más reciente, es muy difícil obtener dataciones por radiocarbono satisfactorias. Es preferible tamizar el suelo para extraer fragmentos de origen orgánico y datarlos con métodos que admitan muestras pequeñas. ^{[ 56 ]}
• Otros materiales que se han podido datar con éxito incluyen marfil, papel, textiles, semillas y granos individuales, paja del interior de ladrillos de barro y restos de comida carbonizada encontrados en cerámica. ^{[ 56 ]}

Particularmente para muestras más antiguas, puede ser útil enriquecer la cantidad de ¹⁴C en la muestra antes de la prueba. Esto se puede hacer con una columna de difusión térmica . El proceso lleva aproximadamente un mes y requiere una muestra aproximadamente diez veces más grande de lo que se necesitaría de otra manera, pero permite una medición más precisa de los ¹⁴C / ¹²relación C en material antiguo y extiende la edad máxima que se puede informar de manera confiable. ^{[ 58 ]}

Una vez eliminada la contaminación, las muestras deben convertirse a un formato adecuado para la tecnología de medición que se va a utilizar. ^{[ 59 ]} Cuando se requiere gas, CO₂ is widely used.^[59][60] For samples to be used in liquid scintillation counters, the carbon must be in liquid form; the sample is typically converted to benzene. For accelerator mass spectrometry, solid graphite targets are the most common, although gaseous CO₂ can also be used.^[59][61]

The quantity of material needed for testing depends on the sample type and the technology being used. There are two types of testing technology: detectors that record radioactivity, known as beta counters, and accelerator mass spectrometers. For beta counters, a sample weighing at least 10 grams (0.35 ounces) is typically required.^[59] Accelerator mass spectrometry is much more sensitive, and samples containing as little as 0.5 milligrams of carbon can be used.^[62]

El primer detector de Libby fue un contador Geiger de su propio diseño. Convirtió el carbono de su muestra en negro de humo (hollín) y recubrió con él la superficie interior de un cilindro. Este cilindro se insertó en el contador de tal manera que el hilo de conteo quedara dentro del cilindro de la muestra, para que no hubiera ningún material entre la muestra y el hilo. ^{[ 59 ]} Cualquier material interpuesto habría interferido con la detección de la radiactividad, ya que las partículas beta emitidas por la desintegración ^{del 14}Las C son tan débiles que la mitad son detenidas por un  espesor de aluminio de 0,01 mm. ^{[ 60 ]}

El método de Libby pronto fue reemplazado por contadores proporcionales de gas , que se vieron menos afectados por el carbono de las bombas (los ^{14 adicionales).}C creado por pruebas de armas nucleares). Estos contadores registran ráfagas de ionización causadas por las partículas beta emitidas por el ^{14 en descomposición.}Átomos de C ; las ráfagas son proporcionales a la energía de la partícula, por lo que otras fuentes de ionización, como la radiación de fondo, pueden identificarse e ignorarse. Los contadores están rodeados de blindaje de plomo o acero para eliminar la radiación de fondo y reducir la incidencia de rayos cósmicos. Además, se utilizan detectores de anticoincidencia ; estos registran eventos fuera del contador y cualquier evento registrado simultáneamente dentro y fuera del contador se considera un evento extraño y se ignora. ^{[ 60 ]}

La otra tecnología común utilizada para medir ¹⁴La actividad del carbono -14 se mide mediante centelleo líquido, un método inventado en 1950, pero que no llegó a ser competitivo con el recuento de gases hasta principios de la década de 1960, cuando se desarrollaron métodos eficientes de síntesis de benceno. Después de 1970, los contadores líquidos se convirtieron en la tecnología más común en los laboratorios de datación de nueva construcción. Estos contadores funcionan detectando destellos de luz producidos por las partículas beta emitidas por el isótopo ^14C.C a medida que interactúan con un agente fluorescente añadido al benceno. Al igual que los contadores de gas, los contadores de centelleo líquido requieren blindaje y contadores de anticoincidencia. ^{[ 67 ] [ 68 ]}

Tanto para el contador proporcional de gas como para el contador de centelleo líquido, lo que se mide es el número de partículas beta detectadas en un período de tiempo determinado. Dado que se conoce la masa de la muestra, esta se puede convertir a una medida estándar de actividad en unidades de cuentas por minuto por gramo de carbono (cpm/g C) o becquerelios por kg (Bq/kg C, en unidades del SI ). Cada dispositivo de medición también se utiliza para medir la actividad de una muestra en blanco  , una muestra preparada a partir de carbono lo suficientemente antiguo como para no tener actividad. Esto proporciona un valor para la radiación de fondo, que debe restarse de la actividad medida de la muestra que se está datando para obtener la actividad atribuible únicamente a esa muestra ^.C. Además, se mide una muestra con una actividad estándar para proporcionar una línea base para la comparación. ^{[ 69 ]}

El AMS cuenta los átomos de ¹⁴C y ¹²C en una muestra dada, determinando el ¹⁴C / ¹²La relación C se mide directamente. La muestra, a menudo en forma de grafito, se hace emitir iones C ^{− (átomos de carbono con una sola carga negativa), que se inyectan en un} acelerador . Los iones se aceleran y pasan a través de un separador, que elimina varios electrones para que los iones emerjan con una carga positiva. Los iones, que pueden tener de 1 a 4 cargas positivas (C ⁺ a C ⁴⁺ ), dependiendo del diseño del acelerador, pasan luego a través de un imán que curva su trayectoria; los iones más pesados ​​se curvan menos que los más ligeros, por lo que los diferentes isótopos emergen como corrientes separadas de iones. Un detector de partículas registra entonces el número de iones detectados en el ¹⁴Corriente C , pero dado que el volumen de ¹²C (y ¹³C , necesario para la calibración) es demasiado grande para la detección de iones individuales, los recuentos se determinan midiendo la corriente eléctrica creada en una copa de Faraday . ^{[ 70 ]} La gran carga positiva inducida por el desorbedor fuerza a moléculas como ¹³CH , que tiene un peso bastante cercano a ¹⁴C para interferir con las mediciones, para disociarse, de modo que no se detecten. ^{[ 71 ]} La mayoría de las máquinas AMS también miden el δ ¹³ C de la muestra., para su uso en el cálculo de la edad radiocarbónica de la muestra. ^{[ 72 ]} El uso de AMS, a diferencia de formas más simples de espectrometría de masas, es necesario debido a la necesidad de distinguir los isótopos de carbono de otros átomos o moléculas que tienen una masa muy similar, como ¹⁴N y ¹³CH . ^{[ 59 ]} Al igual que con el conteo beta, se utilizan tanto muestras en blanco como muestras estándar. ^{[ 70 ]} Se pueden medir dos tipos diferentes de blanco: una muestra de carbono muerto que no ha sido sometida a ningún procesamiento químico, para detectar cualquier ruido de fondo de la máquina, y una muestra conocida como blanco de proceso hecha de carbono muerto que se procesa en material objetivo exactamente de la misma manera que la muestra que se está datando. Cualquier ¹⁴Es probable que la señal C del fondo de la máquina se deba a haces de iones que no han seguido la trayectoria esperada dentro del detector o a hidruros de carbono como ^{el 12.}CH₂ o ¹³CH.A 14^​La señal C del blanco del proceso mide la cantidad de contaminación introducida durante la preparación de la muestra. Estas mediciones se utilizan en el cálculo posterior de la edad de la muestra. ^{[ 73 ]}

Los cálculos que se deben realizar sobre las mediciones tomadas dependen de la tecnología utilizada, ya que los contadores beta miden la radiactividad de la muestra, mientras que el AMS determina la proporción de los tres isótopos de carbono diferentes en la muestra. ^{[ 73 ]}

Para determinar la edad de una muestra cuya actividad se ha medido mediante recuento beta, se debe hallar la relación entre su actividad y la actividad del estándar. Para ello, se mide una muestra en blanco (de carbono antiguo o muerto) y una muestra de actividad conocida. Las muestras adicionales permiten detectar y corregir errores como la radiación de fondo y los errores sistemáticos en la configuración del laboratorio. ^{[ 69 ]} El material de muestra estándar más común es el ácido oxálico , como el estándar HOxII, del cual el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología  (NIST) preparó 1000 lb en 1977 a partir de cosechas de remolacha francesa. ^{[ 74 ] [ 75 ]}

Los resultados de las pruebas AMS se presentan en forma de proporciones de ^12.C , ¹³C y ¹⁴C , que se utilizan para calcular Fm, la "fracción moderna". Esto se define como la relación entre los ¹⁴C / ¹²Relación C en la muestra y el ¹⁴C / ¹²relación C en el carbono moderno, que a su vez se define como el ¹⁴C / ¹²Relación C que se habría medido en 1950 si no hubiera habido efecto de los combustibles fósiles. ^{[ 73 ]}

Tanto el conteo beta como los resultados de AMS deben corregirse por fraccionamiento. Esto es necesario porque diferentes materiales de la misma edad, que debido al fraccionamiento tienen naturalmente diferentes ¹⁴C / ¹²Las proporciones C parecerán ser de diferentes edades porque el ¹⁴C / ¹²La relación C se toma como indicador de edad. Para evitar esto, todas las mediciones de radiocarbono se convierten a la medición que se habría visto si la muestra hubiera sido de madera, que tiene un δ ^{13 conocido.}Valor de C de −25‰. ^{[ 23 ]}

Una vez corregido el ¹⁴C / ¹²Se conoce la relación C , se calcula una "edad radiocarbonada" utilizando: ^{[ 76 ]}

${\displaystyle {\text{Edad}}=-\ln({\text{Fm}})\cdot 8033{\text{ años}}}$

El cálculo utiliza 8033 años, la vida media derivada de la vida media de Libby de 5568 años, y no 8267 años, la vida media derivada del valor moderno más preciso de 5730 años. El valor de Libby para la vida media se utiliza para mantener la coherencia con los resultados de las primeras pruebas de radiocarbono; las curvas de calibración incluyen una corrección para esto, por lo que la precisión de las edades de calendario finales informadas no se ve afectada. ^{[ 76 ]}

La fiabilidad de los resultados puede mejorarse alargando el tiempo de prueba. Por ejemplo, si contar las desintegraciones beta durante 250 minutos es suficiente para dar un error de ± 80 años, con un 68 % de confianza, entonces duplicar el tiempo de conteo a 500 minutos permitirá una muestra con solo la mitad de ¹⁴C se medirá con el mismo margen de error de 80 años. ^{[ 77 ]}

La datación por radiocarbono generalmente se limita a datar muestras de no más de 50.000 años de antigüedad, ya que las muestras más antiguas que eso tienen datos insuficientes ^.C para ser medible. Se han obtenido fechas más antiguas utilizando técnicas especiales de preparación de muestras, muestras grandes y tiempos de medición muy prolongados. Estas técnicas permiten medir fechas de hasta 60 000 y, en algunos casos, hasta 75 000 años antes del presente. ^{[ 64 ]}

Las fechas de radiocarbono se presentan generalmente con un rango de una desviación estándar (normalmente representada por la letra griega sigma como 1σ) a cada lado de la media. Sin embargo, un rango de fechas de 1σ representa solo un nivel de confianza del 68%, por lo que la edad real del objeto medido puede estar fuera del rango de fechas citado. Esto se demostró en 1970 mediante un experimento realizado por el laboratorio de radiocarbono del Museo Británico, en el que se tomaron mediciones semanales de la misma muestra durante seis meses. Los resultados variaron ampliamente (aunque de forma consistente con una distribución normal de los errores en las mediciones) e incluyeron múltiples rangos de fechas (con una confianza de 1σ) que no se superponían entre sí. Las mediciones incluyeron una con un rango de aproximadamente 4250 a aproximadamente 4390 años atrás, y otra con un rango de aproximadamente 4520 a aproximadamente 4690 años atrás. ^{[ 78 ]}

Los errores en el procedimiento también pueden provocar errores en los resultados. Si el 1 % del benceno en una muestra de referencia moderna se evapora accidentalmente, el recuento por centelleo dará una edad de radiocarbono que será aproximadamente 80 años menor de lo real. ^{[ 79 ]}

Los cálculos dados anteriormente producen fechas en años de radiocarbono: es decir, fechas que representan la edad que tendría la muestra si el ¹⁴C / ¹²La proporción de C había sido constante históricamente. ^{[ 80 ]} Aunque Libby ya había señalado en 1955 la posibilidad de que esta suposición fuera incorrecta, no fue hasta que comenzaron a acumularse discrepancias entre las edades medidas y las fechas históricas conocidas de los artefactos que quedó claro que sería necesario aplicar una corrección a las edades de radiocarbono para obtener fechas del calendario. ^{[ 81 ]}

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 pueda analizarse para determinar su edad radiocarbónica. El estudio de los anillos de los árboles condujo a la primera de estas secuencias: 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 por Wesley Ferguson . ^{[ 41 ]} Hans Suess utilizó estos datos para publicar la primera curva de calibración para la datación por radiocarbono en 1967. ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 81 ]} 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 "oscilaciones", con un período de décadas. Suess dijo que trazó la línea que mostraba las oscilaciones por " oscilación cósmica ", con lo que quería decir que las variaciones fueron causadas por fuerzas extraterrestres. Durante algún tiempo no estuvo claro si las oscilaciones eran reales o no, pero ahora están bien establecidas. ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 82 ]} Estas fluctuaciones a corto plazo en la curva de calibración ahora se conocen como efectos de De Vries, en honor a Hessel de Vries . ^{[ 83 ]}

Se utiliza una curva de calibración tomando la fecha de radiocarbono reportada por un laboratorio y trazando una línea horizontal a partir de esa fecha en el eje vertical del gráfico. El punto donde esta línea horizontal interseca la curva dará la edad calendario de la muestra en el eje horizontal. Este es el proceso inverso al de la construcción de la curva: un punto en el gráfico se obtiene a partir de una muestra de edad conocida, como un anillo de árbol; al analizarla, la edad de radiocarbono resultante proporciona un punto de datos para el gráfico. ^{[ 42 ]}

Durante los siguientes treinta años se publicaron muchas curvas de calibración utilizando una variedad de métodos y enfoques estadísticos. ^{[ 42 ]} Estas fueron reemplazadas por la serie de curvas IntCal , comenzando con IntCal98, publicada en 1998 y actualizada en 2004, 2009, 2013 y 2020. ^{[ 84 ]} Las mejoras a estas curvas se basan en nuevos datos recopilados de anillos de árboles, varvas , coral , macrofósiles de plantas , espeleotemas y foraminíferos . Hay curvas separadas para el hemisferio norte (IntCal20) y el hemisferio sur (SHCal20), ya que difieren sistemáticamente debido al efecto del hemisferio. La secuencia continua de fechas de anillos de árboles para el hemisferio norte se remonta a 13.910 BP a partir de 2020, y esto proporciona una datación casi anual para IntCal20 durante gran parte del período, reducida donde hay mesetas de calibración y aumentada cuando los picos de ¹⁴ C a corto plazo debido a eventos de Miyake proporcionan correlación adicional. La datación por radiocarbono anterior a la secuencia continua de anillos de árboles se basa en la correlación con registros más aproximados. ^{[ 85 ]} SHCal20 se basa en datos independientes cuando es posible y se deriva de la curva del norte agregando el desplazamiento promedio para el hemisferio sur donde no había datos directos disponibles. También hay una curva de calibración marina separada, MARINE20. ^{[ 30 ] [ 86 ] [ 87 ] [ 88 ]} Para un conjunto de muestras que forman una secuencia con una separación conocida en el tiempo, estas muestras forman un subconjunto de la curva de calibración. La secuencia se puede comparar con la curva de calibración y se establece la mejor coincidencia con la secuencia. Esta técnica de "ajuste por oscilación" puede conducir a una datación más precisa que la posible con las dataciones individuales por radiocarbono. ^{[ 89 ]} El ajuste por oscilación se puede utilizar en lugares donde hay una meseta en la curva de calibración, ^{[ nota 12 ]} y por lo tanto puede proporcionar una fecha mucho más precisa que la que pueden producir los métodos de intersección o probabilidad. ^{[ 91 ]} La técnica no se limita a los anillos de los árboles; por ejemplo, una secuencia de tefra estratificada en Nueva Zelanda, que se cree que es anterior a la colonización humana de las islas, se ha datado en 1314  d. C. ± 12 años mediante el ajuste por oscilación. ^{[ 92 ]}Las oscilaciones también implican que leer una fecha a partir de una curva de calibración puede dar más de una respuesta: esto ocurre cuando la curva oscila lo suficiente hacia arriba y hacia abajo como para que la edad radiocarbonada la intercepte en más de un punto, lo que puede llevar a que un resultado radiocarbonado se reporte como dos rangos de edad separados, correspondientes a las dos partes de la curva que la edad radiocarbonada interceptó. ^{[ 42 ]}

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, el análisis bayesiano puede utilizarse para evaluar las fechas atípicas y calcular distribuciones de probabilidad mejoradas, basándose en la información previa de que la secuencia debería estar ordenada en el tiempo. ^{[ 89 ]} Cuando se introdujo el análisis bayesiano, su uso estaba limitado por la necesidad de utilizar ordenadores centrales para realizar los cálculos, pero desde entonces la técnica se ha implementado en programas disponibles para ordenadores personales, como OxCal. ^{[ 93 ]}

Se han utilizado varios formatos para citar los resultados de radiocarbono desde que se dataron las primeras muestras. A partir de 2019, el formato estándar requerido por la revista Radiocarbon es el siguiente. ^{[ 94 ]}

Las fechas no calibradas deben informarse como " laboratorio :${\displaystyle {\ce {{}^14C}}}$año ± rango BP", donde:

• El laboratorio identifica el laboratorio que analizó la muestra y el ID de la muestra.
• ${\displaystyle {\ce {{}^14C}}}$El año es la determinación de la edad de la muestra por parte del laboratorio, en años radiocarbonados.
• El rango es la estimación del laboratorio sobre el error en la edad, con un nivel de confianza de 1σ.
• 'BP' significa " antes del presente ", haciendo referencia a la fecha de 1950, por lo que "500 BP" significa el año 1450 d.C.

Por ejemplo, la fecha no calibrada "UtC-2020: 3510 ± 60 BP" indica que la muestra fue analizada por el Laboratorio van der Graaff de Utrecht ("UtC"), donde tiene el número de muestra "2020", y que la edad no calibrada es de 3510 años antes del presente, ± 60 años. A veces se utilizan formas relacionadas: por ejemplo, "2,3 ka BP" significa 2300 años de radiocarbono antes del presente (es decir, 350 a. C.), y " ¹⁴"C años AP" podría usarse para distinguir la fecha no calibrada de una fecha derivada de otro método de datación como la termoluminiscencia . ^{[ 94 ]}

Calibrado ¹⁴Las fechas de carbono se suelen indicar como "cal BP", "cal BC" o "cal AD", donde "BP" se refiere al año 1950 como fecha cero. ^{[ 95 ]} El radiocarbono ofrece dos opciones para informar fechas calibradas. Un formato común es "cal date-range confidence ", donde:

• El rango de fechas es el intervalo de fechas que corresponde al nivel de confianza dado.
• La confianza indica el nivel de confianza para el rango de fechas especificado.

Por ejemplo, "cal 1220–1281 AD (1σ)" significa una fecha calibrada cuya fecha verdadera se encuentra entre 1220 y 1281 AD, con un nivel de confianza de '1 sigma', o aproximadamente el 68 % . Las fechas calibradas también pueden expresarse como "BP" en lugar de usar "BC" y "AD". La curva utilizada para calibrar los resultados debe ser la última curva IntCal disponible. Las fechas calibradas también deben identificar cualquier programa, como OxCal, utilizado para realizar la calibración. ^{[ 94 ]} Además, un artículo en Radiocarbon en 2014 sobre las convenciones de informes de fechas de radiocarbono recomienda que se proporcione información sobre el tratamiento de la muestra, incluyendo el material de la muestra, los métodos de pretratamiento y las mediciones de control de calidad; que la cita del software utilizado para la calibración debe especificar el número de versión y cualquier opción o modelo utilizado; y que la fecha calibrada debe proporcionarse con las probabilidades asociadas para cada rango. ^{[ 96 ]}

Un concepto clave en la interpretación de las dataciones por radiocarbono es la asociación arqueológica : ¿cuál es la verdadera relación entre dos o más objetos en un yacimiento arqueológico? Con frecuencia, se puede tomar una muestra para datación por radiocarbono directamente del objeto de interés, pero también hay muchos casos en los que esto no es posible. Los objetos funerarios metálicos , por ejemplo, no se pueden datar por radiocarbono, pero pueden encontrarse en una tumba con un ataúd, carbón vegetal u otro material que se supone que se depositó al mismo tiempo. En estos casos, la fecha del ataúd o del carbón vegetal indica la fecha de deposición de los objetos funerarios, debido a la relación funcional directa entre ambos. También hay casos en los que no existe una relación funcional, pero la asociación es razonablemente fuerte: por ejemplo, una capa de carbón vegetal en un basurero proporciona una fecha que guarda relación con el basurero. ^{[ 97 ]}

La contaminación es un problema particularmente preocupante al datar material muy antiguo obtenido de excavaciones arqueológicas, por lo que se requiere gran cuidado en la selección y preparación de las muestras. En 2014, Thomas Higham y sus colaboradores sugirieron que muchas de las fechas publicadas para artefactos neandertales son demasiado recientes debido a la contaminación por "carbono joven". ^{[ 98 ]}

A medida que un árbol crece, solo el anillo más externo intercambia carbono con su entorno, por lo que la edad medida para una muestra de madera depende de dónde se toma la muestra. Esto significa que las fechas de radiocarbono en muestras de madera pueden ser más antiguas que la fecha en que se taló el árbol. Además, si un trozo de madera se usa para múltiples propósitos, puede haber un retraso significativo entre la tala del árbol y el uso final en el contexto en el que se encuentra. ^{[ 99 ]} Esto a menudo se denomina el problema de la " madera vieja ". ^{[ 5 ]} Un ejemplo es el camino de la Edad del Bronce en Withy Bed Copse, en Inglaterra; el camino fue construido con madera que claramente había sido trabajada para otros propósitos antes de ser reutilizada en el camino. Otro ejemplo es la madera flotante, que puede usarse como material de construcción. No siempre es posible reconocer la reutilización. Otros materiales pueden presentar el mismo problema: por ejemplo, se sabe que el betún fue usado por algunas comunidades neolíticas para impermeabilizar cestas; La edad radiocarbónica del betún será mayor que la que puede medir el laboratorio, independientemente de la edad real del contexto, por lo que analizar el material de la cesta dará una edad engañosa si no se tiene cuidado. Otro problema, relacionado con la reutilización, es el del uso prolongado o la deposición diferida. Por ejemplo, un objeto de madera que permanece en uso durante un período prolongado tendrá una edad aparente mayor que la edad real del contexto en el que se deposita. ^{[ 99 ]}

Poco después de la publicación del artículo de Libby en Science en 1949 , las universidades de todo el mundo comenzaron a establecer laboratorios de datación por radiocarbono, y a finales de la década de 1950 había más de 20 activos ^.Laboratorios de investigación C. Pronto se hizo evidente que los principios de la datación por radiocarbono eran válidos, a pesar de ciertas discrepancias, cuyas causas seguían siendo desconocidas. ^{[ 105 ]}

El desarrollo de la datación por radiocarbono ha tenido un profundo impacto en la arqueología , a menudo descrito como la "revolución del radiocarbono". ^{[ 106 ]} En palabras del antropólogo R. E. Taylor, " ¹⁴  Los datos de C hicieron posible una prehistoria mundial al aportar una escala temporal que trasciende los límites locales, regionales y continentales. Proporciona una datación más precisa dentro de los yacimientos que los métodos anteriores, que generalmente se derivaban de la estratigrafía o de tipologías (por ejemplo, de herramientas de piedra o cerámica); también permite la comparación y sincronización de eventos a través de grandes distancias. El advenimiento de la datación por radiocarbono incluso puede haber llevado a mejores métodos de campo en arqueología, ya que un mejor registro de datos conduce a una asociación más firme de los objetos con las muestras que se van a analizar. Estos métodos de campo mejorados a veces fueron motivados por intentos de demostrar que un ¹⁴La fecha C era incorrecta. Taylor también sugiere que la disponibilidad de información de fechas precisas liberó a los arqueólogos de la necesidad de concentrar gran parte de su energía en determinar las fechas de sus hallazgos, y condujo a una ampliación de las preguntas que los arqueólogos estaban dispuestos a investigar. Por ejemplo, a partir de la década de 1970, las preguntas sobre la evolución del comportamiento humano se hicieron mucho más frecuentes en arqueología. ^{[ 107 ]}

El marco de datación proporcionado por el radiocarbono condujo a un cambio en la visión predominante sobre cómo se propagaron las innovaciones en la Europa prehistórica. Anteriormente, los investigadores creían que muchas ideas se difundían por el continente o mediante invasiones de pueblos que traían consigo nuevas ideas culturales. A medida que las dataciones por radiocarbono comenzaron a demostrar que estas ideas eran erróneas en muchos casos, se hizo evidente que estas innovaciones a veces debían haber surgido localmente. Esto se ha descrito como una "segunda revolución del radiocarbono". En términos más generales, el éxito de la datación por radiocarbono estimuló el interés en los enfoques analíticos y estadísticos de los datos arqueológicos. ^{[ 107 ]} Taylor también ha descrito el impacto de la espectrometría de masas con acelerador (AMS) y la capacidad de obtener mediciones precisas a partir de muestras muy pequeñas como el inicio de una tercera revolución del radiocarbono. ^{[ 108 ]}

En ocasiones, las técnicas de datación por radiocarbono permiten datar objetos de interés popular, como la Sábana Santa de Turín , un trozo de tela de lino que algunos creen que lleva la imagen de Jesucristo tras su crucifixión. Tres laboratorios distintos dataron muestras de lino de la Sábana Santa en 1988 ; los resultados apuntaban a un origen del siglo XIV, lo que generó dudas sobre la autenticidad de la Sábana Santa como supuesta reliquia del siglo I. ^{[ 17 ]}

Los investigadores han estudiado otros isótopos creados por los rayos cósmicos para determinar si también podrían usarse para ayudar a datar objetos de interés arqueológico; dichos isótopos incluyen ³Él , ¹⁰Ser , ²¹Ne , ²⁶Al y ³⁶Cl . Con el desarrollo de AMS en la década de 1980, fue posible medir estos isótopos con la precisión suficiente para que sirvieran de base para técnicas de datación útiles, que se han aplicado principalmente a la datación de rocas. ^{[ 109 ]} Los isótopos radiactivos naturales también pueden constituir la base de métodos de datación, como la datación potasio-argón , la datación argón-argón y la datación por series de uranio . ^{[ 110 ]} Otras técnicas de datación de interés para los arqueólogos incluyen la termoluminiscencia , la luminiscencia estimulada ópticamente , la resonancia de espín electrónico y la datación por trazas de fisión , así como técnicas que dependen de bandas o capas anuales, como la dendrocronología , la tefrocronología y la cronología de varvas . ^{[ 111 ]}