DATACIÓN CON CARBONO-14 DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS DEL ACUÍFERO RAIGÓN, URUGUAY

DATACIÓN CON CARBONO-14 DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS DEL ACUÍFERO RAIGÓN, URUGUAY

FUNDAMENTOS

Principio del método

El carbono-14 es un isótopo radiactivo del carbono que se desintegra por emisión de partículas beta de 156 Kev de energía máxima, con un período de semidesintegración de 5730 años. Este isótopo se genera de forma conünua en la alta atmósfera por interacción de los neutones liberados por la radiación cósmica con el nitrógeno-14, de acuerdo con el proceso:

14N + n k 4c + p n = neutrón; p = protón

La mayor parte del 14C se produce a una altitud media de unos 1.600 metros y llega a la superficie terrestre en forrna de C02. Esta entra a formar parte del ciclo biológico del carbono, distribuyéndose, por tanto, entre la atmósfera y todos los seres vivos o biosfera.

Es un hecho aceptado universalmente, que la tasa de producción de 14C en la atmósfera se ha mantenido constante, al menos, durante los últimos 10.000 años. Ello implica la constancia del flujo de rayos cósmicos que irradia la atmósfera- En cualquier caso, las variaciones posibles ocurfidas son pequeñas y no influyen apenas en la datación de aguas subterráneas, donde los errores derivados de ofras causas son mucho más importantes. [pic 1][pic 2][pic 3]

El tiempo medio de permanencia del 14C en la afrnósfera es inferior a 5 años y su intercambio con los seres vivos es muy rápido. Debido a esta renovación tan rápida del 14 C en comparación con su vida media (5730/1n 2 = 8267 años), la actividad específica (microcurios o Bq/l por gamo de carbono) del mismo en la atrnósfera y en todos los seres que participan del ciclo biológico se mantiene constante para cualquier lugar de la Tierra. Dicha actividad específica ha tenido hasta finales del siglo XIX un valor medio de 13,58 desintegraciones por minuto por cada gramo de carbono. Posteriormente, ha experimentado cambios importantes debido, por una parte, a la combustión de materiales fósiles (carbón y productos petrolíferos) exentos de 14C y, por ofta, a la liberación en la atnósfera de grandes canüdades de 14C por las explosiones nucleares realizadas a partir de 1952.

Cuando el embono queda aislado del ciclo biológico, por ejemplo, en el caso del agua, por su infilü•ación en el subsuelo, la actividad específica del carbono dismirmye en ftmción del tiempo de acuerdo con la ley exponencial de desintegración radiactiva dada por la ecuación siguiente:

        [pic 4], o bien Át = e-t. In 2/ tm        (1)

siendo:

At — acfividad al cabo del tiempo t.        [pic 5]Ao = actividad inicial.

ñ = constante de desintegación. [pic 6]tl/2 —período de semidesintegración.

Teniendo en cuenta el valor de tl/2 indicando anteriormente para el 14C, la edad t viene dada por la expresión siguiente:

        t = 8267 In[pic 7]        (2)

La actividad inicial Ao se obtiene a fravés de la medida de un pafrón universal de ácido oxálico, que tiene una actividad específica conocida en términos de concentración con respecto al carbono moderno. Este se define como carbono reciente no afectado por la contaminación producida por las explosiones nucleares ni por la emisión de carbono muerto (exento de 14C) procedente de la combustión de materiales fósiles. La actividad específica At se expresa en tanto por ciento con respecto a este carbono moderno (pcm) de forma que la ecuación anterior puede escribirse de la forma siguiente:

100

        t=82671n        [pic 8]        (3)

siendo P»: el tanto por ciento de actividad de la muestra con respecto al patrón de carbono modemo.

2. Reacciones que pueden alterar la actividad específica del carbono- 14

Cuando el carbono de la muesfra no se altera durante el período franscurrido desde su aislamiento del ciclo biológico hasta el momento de realizar la toma de la muestra, la ecuación (3) proporciona la edad del carb0R0 contenido en la muesfra. Esto ocurre con frecuencia en el caso de restos de seres vivos, sobre todo cuando se frata de carbono orgánico en relación con la datación de carácter arqueológico. En el caso del agua, la datación se realiza a partir del carbono-14 asociado a las especies carbonatadas del agua. Inicialmente, el 14C llega al agua por disolución de C02 atrnosférico durante la precipitación, pero, sobre todo, por disolución de C02 del suelo durante el proceso de infiltración. La presión parcial de C02 en la atmósfera es del orden de IO 3 '5 bars, mienfras que, en la capa superficial del suelo, [pic 9] es 10 a 100 veces mayor. Esto se debe al C02 aportado por las plantas en su proceso respiratorio y a la descomposición de los restos de las mismas. Por tanto, en estas condiciones, la mayor parte del C02 arrasfrado por el agua durante su infiltración procede de esta capa superficial del suelo. Al carbono incorporado al agua por este proceso se llama carbono biogénico.

Como es bien sabido, el C02 disuelto proporciona al agua una agresividad química y reacciona con los carbonatos existentes en el medio sólido de acuerdo con el proceso:

        C03Ca +         + 1-120* ( 14C03H-C03H)Ca        (4)

Es decir, se forma un bicarbonato cálcico, en el cual un átomo de carbono procede del C02 y el otro del carbonato del medio. Pero, salvo casos excepcionales, los carbonatos del medio son de formación muy antigua y por ello están exentos de 14C. Por tanto, se produce una transferencia al agua de carbono antiguo, que hace que disminuya la actividad específica del carbono total. De acuerdo con el proceso anterior, todo el carbono existente en forma C02 y la mitad del que está en forma de bicarbonato serían carbono biogénico, es decir, carbono aportado por el agua durmte su infiltración. Por tanto, según esto, bastaría un simple análisis químico del agua para determinar un factor de corrección que corfigiera la edad por efecto del aporte de carbono antiguo procedente del medio. Sin embargo, el proceso es más complicado. Una vez que se alcanza el equilibrio definido por la ecuación (4) denffo de la zona no saturada, se un sistema formado por agua que contiene C02 y C03ff en equilibrio, en contacto con una fase gaseosa que contiene C02 biogénico con carbono moderno. En tales condiciones, se produce un intercambio isotópico entre éste C02 y las especies carbonatadas del agua del tipo siguiente:[pic 10]

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