Datación radiocarbónica de huesos

El hueso es uno de los materiales más enviados a los laboratorios de espectrometría de masas con aceleradores (AMS) para su datación, ya que normalmente son objeto de estudios arqueológicos.

Mucha de la información sobre épocas prehistóricas con la que contamos hoy en día fue recabada gracias a estudios arqueológicos y a la datación radiocarbónica, lo que ha contribuido a un mejor entendimiento de las civilizaciones antiguas.

Componentes del hueso

Un hueso es 30% orgánico y 70% inorgánico. La parte orgánica es proteína, mientras que la porción inorgánica es hidroxiapatita mineral, una mezcla de fosfato de calcio, carbonato de calcio, fluoruro de calcio, hidróxido de calcio y citrato. La proteína, compuesta principalmente por colágeno, proporciona resistencia y flexibilidad al hueso, mientras que la hidroxiapatita mineral aporta su rigidez y estructura sólida.

En teoría, tanto los componentes orgánicos e inorgánicos pueden ser datados. Sin embargo, la estructura de red abierta de la hidroxiapatita hace que ésta esté altamente contaminada por carbonatos de aguas subterráneas. La extracción del carbonato contaminante mediante lavados ácidos diluidos no puede aplicarseporque la hidroxiapatita es soluble en ácido.

Los laboratorios utilizan el componente proteico de las muestras óseas para la datación por AMS porque es relativamente insoluble en ácido y, por tanto, puede aislarse fácilmente de la dehidroxiapatita y otros carbonatos.

Cuando la fracción de proteína de la muestra ósea no se ha conservado bien y ha comenzado a deteriorarse por el calor y los ataques de hongos o bacterias, los laboratorios de AMS datan los aminoácidos individuales para comprobar si varios de ellos proporcionan la misma edad de radiocarbono. Este proceso debe realizarse en laboratorios de datación por AMS, ya que las muestras son muy pequeñas. Sin embargo, este proceso es caro y lleva tiempo, por lo que no se recomienda la datación por radiocarbono de aminoácidos individuales a menos que sea necesaria, como en el caso de muestras óseas antiguas en las que la más mínima presencia de contaminación produce errores significativos.

Cinética de crecimiento en muestras óseas

La cinética de tiempo de una determinada muestra refleja el crecimiento total del organismo original y el periodo de tiempo que el mismo interactuó con la biosfera. Para la mayoría de los organismos con huesos, el momento de su muerte es contemporáneo a su cese de intercambios con la biosfera. Por lo tanto, la edad de radiocarbono de estos organismos es cero en el momento de su muerte.

Los resultados de datación de huesos por radiocarbono no necesitan ser sometidos a la compensación de edad, pero es importante tener en cuenta la cinética de crecimiento de las muestras de hueso. Algunas publicaciones indican que un hueso no para de asimilar carbono de la biosfera hasta la muerte; hay un período de rotación de unos 30 años para los huesos humanos y un menor tiempo para los huesos de animales.

Los datos de cinética de crecimiento son necesarios porque afectan la calibración de los resultados de radiocarbono y, en consecuencia, la manera en la que se convierte la edad de radiocarbono en años civiles.

Cualquier material con carbono, y que pueda afectar el contenido de carbono 14 de huesos, se considera un contaminante. Teniendo en cuenta que los huesos suele encontrarse junto a diferentes tipos de materia orgánica, son sin duda uno de los tipos de muestras con más contaminación que se envía a los laboratorios de AMS para su datación por radiocarbono.

Los contaminantes comúnmente encontrados son ácidos húmicos y fúlvicos, ácidos orgánicos presentes en el suelo que son producidos por la degradación microbiana de plantas o tejidos de animales. Según algunas publicaciones, otros compuestos orgánicos que puedan contaminar la muestra son polifenoles, polisacáridos, ligninas y colágeno degradado. Dependiendo de la ubicación de la excavación, los huesos pueden ser contaminados por caliza. Estos contaminantes son considerados naturales, ya que entran en contacto con los huesos debido a fenómenos naturales.

Por otra parte, los contaminantes artificiales son introducidos por el hombre durante la recogida, almacenamiento o embalado de las muestras. Por ejemplo, cuando se aplica pegamento de origen animal a la muestra ósea se introduce un contaminante, ya que el pegamento de origen animal es químicamente idéntico a la muestra de hueso, y el laboratorio generará resultados inexactos.

Biocidas, acetato de polivinilo y polietilenglicol (soluciones químicas), cenizas de cigarrillos, etiquetas o envolturas hechas de papel también tienen el potencial de contaminar las muestras de hueso después de la excavación.

El efecto de la contaminación en muestras óseas datadas por AMS depende de los siguientes factores: tipo de contaminante, grado de contaminación, y la edad relativa de los huesos y el contaminante.

Si no se ha retirado la caliza antes de la datación radiocarbónica con AMS, la edad de radiocarbono será mucho mayor que la edad real de la muestra. La caliza es de origen geológico, por lo que siempre tendrá una edad superior a la de cualquier muestra arqueológica.

La presencia de ácidos húmicos y fúlvicos durante la datación radiocarbónica con AMS también lleva a resultados inexactos. Dependiendo de la edad del organismo que produjo los ácidos orgánicos, el resultado obtenido por el laboratorio puede reflejar una edad de radiocarbono inferior o superior a la verdadera edad de la muestra ósea.

Los huesos también pueden estar expuestos a fuentes modernas de carbono debido a las intrusiones de raicillas de plantas. Las fuentes modernas de carbono pueden ocasionar que la datación de un hueso por la técnica AMS presente fechas más recientes que las que son en realidad.

Generalmente, los contaminantes de acción infinita añaden un número considerable de años a la edad verdadera de una muestra de hueso, haciéndola más antigua de lo que es. El carbono moderno, por otra parte, hace que la muestra parezca más reciente que su verdadera edad.

Para evitar estos errores, los laboratorios de AMS hacen pretratamientos en todas las muestras de hueso antes de someterlas a la datación por radiocarbono con AMS.

El pretratamiento físico se refiere a los procesos aplicados en las muestras óseas para su datación radiocarbónica sin utilizar productos químicos. La eliminación de las raicillas de plantas y la disminución del tamaño de la muestra mediante trituración son ejemplos de pretratamientos físicos.

El personal del laboratorio de AMS examinará visualmente las muestras óseas enviadas para detectar los contaminantes más obvios. Las raicillas se eliminan con pinzas o fórceps, y las capas superiores se raspan con un bisturí quirúrgico o un taladro dental para eliminar contaminantes externos.

Asimismo, también se verifica la rigidez del hueso: un hueso suave indica la posible ausencia de colágeno, que es necesario para la datación de carbono-14.

Después de la retirada inicial de los contaminantes visibles, las muestras son aplastadas en un mortero para aumentar su superficie durante los métodos siguientes de pretratamiento.

Pueden existir ligeras variaciones en los procesos de pretratamientos químicos que los diferentes laboratorios de AMS aplican a las muestras óseas, pero suelen utilizar los mismos productos químicos.

La muestra ósea triturada se lava varias veces con ácido clorhídrico (HCl) diluido y frío hasta que se elimina la hidroxiapatita y el colágeno aislado. Las raicillas, si están presentes, se retiran del colágeno.

Para asegurar la completa eliminación de los ácidos orgánicos, el colágeno se enjuaga con una solución alcalina, generalmente hidróxido de sodio (NaOH). Los laboratorios de AMS, sin embargo, omiten el lavado alcalino cuando la muestra de colágeno no está bien conservada y el lavado puede eliminar todos los materiales orgánicos restantes que podrían ser datados.