Efecto reservorio marino en el radiocarbono

  • El carbono-14 o radiocarbono se forma continuamente en la atmósfera.
  • En teoría, la concentración de radiocarbono en la atmósfera es la misma que en los océanos y la biosfera, están en equilibrio.
  • Debido al efecto reservorio marino, el contenido de radiocarbono de organismos terrestres no el mismo que el de los organismos marinos.
  • Los factores de corrección del efecto reservorio marino para diferentes océanos en el mundo han sido establecidos y registrados en una base de datos.
  • Las conchas de moluscos son las especies que más se han datado por radiocarbono.
conchas

La base para la datación por radiocarbono incluye la suposición de que existe un nivel constante de carbono-14 en la atmósfera que está en equilibrio y que es el mismo en todos los organismos vivos. El carbono-14 es un isótopo natural del elemento carbono y se denomina radiocarbono por ser inestable y débilmente radioactivo.

Otra característica del carbono-14 es que se forma continuamente en la atmósfera superior como un producto de la reacción de los neutrones producidos por rayos cósmicos y los átomos de nitrógeno. Estos átomos de carbono-14 reaccionan después instantáneamente con el oxígeno presente en la atmósfera para formar dióxido de carbono. El dióxido de carbono formado con carbono 14 es indistinguible del dióxido de carbono formado por los otros isótopos de carbono, por lo que las vías del carbono-14 en el océano, las plantas y en otros organismos vivos son las mismas que las del carbono-12 y el carbono-13.

También se supone que hay un equilibrio entre la formación de carbono 14 y su decaimiento, por lo que hay un nivel de carbono-14 en la atmósfera que es constante desde un momento dado en el pasado hasta el presente.

Las suposiciones, sin embargo, no son completamente reales. Hay varios factores que deben tenerse en cuenta debido a que afectan a la concentración global de carbono-14 y, por lo tanto, la de cualquier muestra que quiera ser datada.

Ciclo mundial del radiocarbono

La atmosfera, los océanos y la biosfera son depósitos de radiocarbono de concentraciones variadas. El radiocarbono formado en la atmosfera se disuelve en los océanos en la forma de dióxido de carbono y es, simultáneamente, asimilado por plantas a través de la fotosíntesis, entrando así en la cadena alimenticia y, de esta forma, en los sistemas de los organismos terrestres.

Los organismos marinos y aquellos que los consumen toman el carbono-14 a partir del proceso de intercambio de carbono-14 (en la forma de dióxido de carbono) en la atmosfera y el océano o cualquier cuerpo de agua. Sin embargo, el contenido de carbono-14 no es el mismo en las capas superficiales que en las profundidades del océano, por lo que no todos los organismos marinos tienen el mismo contenido de radiocarbono.

Efecto reservorio marino

Hay muchos factores a considerar cuando se mide el contenido de radiocarbono de una muestra dada. Uno de ellos es el contenido de radiocarbono de la fuente vegetal o animal cuando vivía y se encontraba en su ambiente local.

Esto es especialmente cierto cuando se comparan muestras de organismos terrestres con aquellos que asimilaron radiocarbono en un medio marino. Incluso si los organismos tienen la misma edad, no tendrán el mismo contenido de carbono-14 y, por tanto, parecerá que tienen una edad radiocarbónica diferente.

Los océanos son grandes reservorios de carbono-14. Las superficies de los océanos y de otros cuerpos de agua tienen dos fuentes de radiocarbono: el dióxido de carbono atmosférico y el océano profundo. Las aguas profundas en océanos obtienen carbono-14 al mezclarse con las aguas superficiales y de la desintegración radioactiva ya existente en sus niveles. Estudios muestran que el equilibrio de dióxido de carbono (con carbono-14) en el agua superficial se consigue en unos 10 años. El grado de equilibrio de dióxido de carbono en aguas profundas permanece desconocido.

Las fechas radiocarbónicas de un organismo terrestre y marino de edad equivalente tienen una diferencia de cerca de 400 años de radiocarbono. Los organismos terrestres como los árboles obtienen carbono-14 principalmente del dióxido de carbono atmosférico, pero los organismos marinos no. Las muestras de organismos marinos como conchas, ballenas, y focas parecen mucho más antiguas.

Otro factor a considerar es que la magnitud del efecto reservorio marino no es la misma en todos los lugares. La mezcla de aguas profundas con aguas superficiales, fenómeno denominado afloramiento, depende de la latitud y se presenta predominantemente en la región ecuatorial. La forma de la línea de costa, el clima local y los vientos, los vientos alisios, y la topografía del fondo del océano, también afectan al afloramiento.

Según un estudio publicado en 1972 por J. Mangerud, la variación global en efecto reservorio marino del radiocarbono, evidente en carbonatos de conchas, son debidos a la mezcla incompleta del agua que aflora con los carbonatos inorgánicos “viejos” de las profundidades del océano, donde los largos periodos de permanencia de más de 1.000 años causan el agotamiento de actividad de carbono-14 a través de la desintegración radioactiva, resultando en una edad aparente de carbono-14 muy vieja.

¿Cómo determinar el efecto reservorio marino?

Hay tres métodos utilizados para determinar diferencias regionales en el efecto reservorio en radiocarbono marino, según el listado de Sean Ulm, en un informe de diciembre de 2006:

  • La datación por radiocarbono directa de especímenes recolectados vivos antes de 1955 AD y de edad histórica conocida.
  • La datación por radiocarbono de muestras de conchas/carbón emparejadas de contexto arqueológico de alta integridad que se suponen contemporáneas.
  • La datación por radiocarbono y/o datación emparejada de radiocarbono y uranio-torio (torio-230 y uranio-234) de corales vivos o conchas vivas de larga duración con claras bandas de crecimiento anuales.

Corrección de efecto reservorio marino

Las muestras terrestres y marinas no pueden compararse o asociarse sin tener en cuenta el efecto reservorio marino. Los factores de corrección para los diferentes océanos en el mundo se encuentran en la base de datos online Marine Reservoir Correction Database, fundada parcialmente por el Instituto de Prehistoria Egea. Las correcciones reales varían según el lugar debido a la complejidad de la circulación oceánica.

La base de datos también está pensada para su uso con programas de calibración de radiocarbono como CALIB (Stuiver y Reimer, 1993) u OxCal (Bronk Ramsey, 1995) usando la base de datos de calibración marina de 2013.

Corrección localizada del reservorio (Delta±R)

El efecto del valor Delta±R sólo se utiliza para carbonatos marinos.

Dependiendo de la edad del carbonato marino, se aplica automáticamente una corrección de 200 a 500 años a todos los carbonatos marinos (es decir, la corrección del reservorio marino global). Esta corrección automática supone que la fecha del radiocarbono es más reciente debido a que el dióxido de carbono actual necesita de 200 a 500 años en la atmósfera para incorporarse y distribuirse (equilibrarse) en la columna de agua marina.

Una corrección Delta±R se aplica a la muestra que ha sido corregida con la corrección del reservorio marino global. El valor proporcionado por el cliente es sumado o restado a esta edad ya corregida (dependiendo de si es un valor Delta+R o Delta-R). Nota: Un valor Delta-R negativo resultará en una fecha más antigua (suponiendo normalmente la disolución de agua dulce a partir de la media marina global).

Los siguientes informes de muestras muestran la diferencia entre una fecha de radiocarbono de 1000 +/-30 AP con un valor Delta R de 0+/-0 (es decir, sólo con la corrección del reservorio marino global) y una fecha de radiocarbono de 1000 +/-30 AP con un valor Delta R de 222+/-35 y la corrección del reservorio marino global incluida.

calibration

Efecto del agua dura

Los sistemas de agua dulce que fluyen en piedra caliza o se alimentan de agua antigua proveniente de manantiales pueden generar edades antiguas equivocadas en la datación por AMS de carbonatos. El carbono inorgánico disuelto (DIC por sus siglas en inglés) utilizado en la formación de conchas o en la precipitación de concreciones de carbonato será más antiguo que la época de formación debido al DIC antiguo de la piedra caliza. Este proceso es conocido como el “efecto del agua dura” cuando el efecto se deriva de la piedra caliza. Los sistemas acuáticos que se alimentan de agua antigua tendrán un DIC antiguo asociado con esa agua y el mismo efecto puede observarse. Ambos fenómenos pueden clasificarse como “efecto reservorio”.

La mejor forma de conocer la compensación del reservorio es analizar los materiales orgánicos junto con las conchas que no están sujetas a tal efecto. Usualmente, el carbón vegetal o las semillas que se encuentran en estrecha asociación con el carbonato son utilizados para comparar las fechas de Carbono-14 y usar la diferencia para corregir la de las conchas.

Si el investigador desconoce la existencia de alguna compensación, el laboratorio recomienda hacer una revisión de la literatura y comprender los sistemas geológicos que proveen de agua al sitio.

Datación por radiocarbono de conchas de moluscos

De todas las especie de conchas que han sido datadas por radiocarbono en los últimos años, las conchas de moluscos han sido las especies más estudiadas. Estas conchas tienen tanto componentes orgánicos como inorgánicos. La conquiolina, el componente orgánico, supone sólo una ínfima parte de toda la muestra. Así, las mediciones por radiocarbono son generalmente aplicadas al componente inorgánico, que es el carbonato de calcio.

La datación por radiocarbono de los carbonatos de conchas plantea muchos problemas porque los carbonatos son muy solubles e interactúan químicamente con el medio ambiente, lo que hace que la precisión de los resultados de la datación radiocarbónica no pueda ser garantizada. Los resultados también deberían tener en cuenta el efecto reservorio marino, así como la dureza del agua.