Un blog de ciencia para entender el funcionamiento del planeta y su relación con la historia de la humanidad
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Ya hace un tiempo expliqué cómo las cosas se transforman y se convierten en proxys (o las convertimos en proxys) con el ejemplo del cementerio de Atari, donde se enterraron los juegos de ET. Uno de los proxys más utilizados en paleociencia son los isótopos, pero probablemente a muchos eso de isótopos les suene a chino. Si viajamos 3 horas desde el cementerio de Atari hasta Albuquerque, podremos ir a ver un partido de los Isótopos de Albuquerque, el equipo que le robó el nombre al equipo preferido de Homer Simpson, los isótopos de Springfield, y que ahora existe en la vida real. Si veían los Simpsons recordarán que el equipo se llamaba así por la central nuclear, ya que estas instalaciones utilizan los isótopos radiactivos para obtener energía. Espero que con este recordatorio de los Simpsons no os suene tan a chino. En cualquier caso, intentaré ser claro en la introducción de hoy al tema de los isótopos. Espero, queridos lectores, no se asusten si me pongo a hablar de átomos o neutrones y se animen a leerlo, porque los isótopos son una puerta a un mundo apasionante. Por ejemplo, gracias a los isótopos de carbono sabemos cuándo fue el momento clave en que el Homo sapiens, es decir, nosotros, se seleccionó evolutivamente sin tener que adaptarse a un único medio, sino explotando los recursos de diferentes ecosistemas. O también cómo el viaje de los átomos del oxígeno por la atmósfera nos cuenta las variaciones del clima del planeta. Historias que podréis leer a partir de la semana que viene. También he hablado de isótopos en historias anteriores (1, 2, 3) Si hacemos memoria, un átomo tiene protones, neutrones y electrones. Los protones y los electrones tienen carga eléctrica, positiva y negativa respectivamente, y su número es lo que identifica al átomo. Así, si utilizamos el Carbono como ejemplo, éste tiene 6 protones y 6 electrones. Sin embargo, aunque suelen tener también 6 neutrones, a veces puede tener más, 7 u 8. Sigue siendo Carbono, pero son unos isótopos más pesados de Carbono. El Carbono 12 (6 protones +6 neutrones le da masa = 12) y el Carbono 13 (6 p +7 m = 13) son isótopos estables; el C12 es el isótopo ligero y el C13 es el isótopo pesado. También está el Carbono 14 (6+8=14) que es inestable porque tiene un número de neutrones que provoca grandes tensiones en el átomo. A los isótopos inestables se les conoce como isótopos radiactivos, como los de las centrales nucleares, y tienden a convertirse en isótopos estables. Para ello puede seguir varios caminos, por ejemplo atrayendo electrones y protones, expulsándolos, convirtiendo los neutrones en protones, etc. En el caso del C14 se convierte en un isótopo estable de Nitrogeno con masa 14 al ganar un electrón y convertir un neutrón en protón. Así, por ejemplo, en un pedazo de madera tendremos una gran cantidad de C12 y un poco de C13 y C14. Lo interesante es que el contenido de C14 va disminuyendo a lo largo de los años porque es inestable y lo hace a un ritmo constante lo que nos permite utilizarlo como un cronómetro en cuenta regresiva. Cuanto menos C14 tenga ese trozo de madera, significa que es más antiguo. Por eso la famosa prueba de carbono 14 para muestras de origen orgánico que seguro han visto en algún programa de la tele. El problema es que llega un momento que todo el C14 se gasta y no es posible datar con C14 material orgánico de más de 50000 años, por lo que hace falta otros elementos radiactivos con vida más larga (técnicamente mayor periodo de semidesintegración) u otro tipo de aproximaciones para datar los materiales. Otro día haré un especial de técnicas de cronología. En cualquier caso estos isótopos radiactivos no sólo se utilizan para datar, sino que también pueden ser en sí mismos un proxy. Por ejemplo, el C14 en anillos de árboles es un buen proxy de la actividad solar, como las tormentas solares de las que ya hablamos aquí. El caso de los isótopos estables tiene más matices, y lo que cambia y se utiliza como proxy es la relación entre dos isótopos estables de un mismo elemento referido a un estándar conocido. En el caso del Carbono, el C12 y el C13. Siguiendo con el ejemplo del Carbono a esa proporción la llamamos "delta 13 del Carbono" o simplemente "delta del Carbono", y se calcularía de esta manera: Uno de los estándares de C más usados es de los fósiles de cefalópodos Belemnitas de la formación Pee Dee. Una formación geológica del Cretácico descrita en el río Pee Dee de Carolina del Sur, en USA. Estos fósiles tienen una excepcionalmente elevada relación 13C/12C y se utiliza como el cero. Fotos: http://www.blackriverfossils.org/FlorenceCounty/tabid/53/TripReports/753/Default.aspx Para entender cómo y porqué cambia la relación de estos isótopos, y su respectivo "delta", pondré un ejemplo. Imagínese una persona con un cheque de un millón de dólares, va al banco a cobrarlo y le dicen que puede escoger cómo se lo lleva: puede escoger desde una enorme bolsa con un millón de dolares llena de monedas de un céntimo a una mochila con un millón de dolares en billetes de 100 dolares. ¿Cual se llevaría? Los dos valen lo mismo, pero seguro que preferiría la mochila porque pesa menos y se la llevaría y utilizaría más fácilmente. Ahora imagine que después llega otra persona con otro cheque de un millón de dólares, pero los del banco le dicen que ya no tiene tantos billetes de 100 dolares y que se tendrá que llevar parte en otros billetes y monedas más pequeñas, lo que aumenta el peso y la dificultad de transportarlo y utilizarlo. Si llegase una tercera persona con un cheque de un millón de dolares, el director del banco le diría que sólo le quedan billetes pequeños y monedas (y le preguntaría dónde reparten cheques de un millón de dolares como si fuesen caramelos). Este proceso es lo que se denomina fraccionamiento, ya que se está fraccionando en grupos de diferente peso un mismo recurso, el dinero del banco. Ahora imaginen que los tres afortunados con el cheque son en realidad una banda de estafadores, y cuando llegan a su guarida mezclan el botín y lo vuelven a repartir en volúmenes y pesos similares. Ese es el proceso de mezcla, y tanto el fraccionamiento como la mezcla son los dos procesos que gobiernan la distribución de los diferentes tipos de monedas/billetes. Al final tendríamos dos grupos diferenciados debido al fraccionamiento y la mezcla; un grupo que serían los estafadores, y otro grupo que sería el banco, que se quedó con todas las monedas más pesadas. Algo similar ocurre con la “elección” que hacen los procesos físicos, químicos y biológicos con los isótopos estables; pueden utilizar ambos isótopos, pero siempre preferirán el isótopo ligero y desecharán el pesado porque es más “cómodo” de transportar y utilizar, a no ser de que ya sólo queden isótopos pesados disponibles para utilizar. En el fondo el fraccionamiento no es más que una cuestión de gasto energético. Por otra parte la naturaleza tiene la manía de revolver las cosas, mezclándolas. El balance entre fraccionamiento y mezcla de los isótopos tiene unas enormes implicaciones a nivel ambiental, ya que ha dibujado a nivel global patrones de circulación atmosférica, marina, mapas de vegetación, etc. En la siguiente imagen tienen una modelación de la distribución del delta del Carbono en los continentes, que depende esencialmente de cómo distintos tipos de plantas captan y utilizan el CO2 atmosférico bajo diferente disponibilidad de agua. Pero eso lo veremos en detalle otro día. Hasta aquí la introducción a los isótopos. Sólo añadir que el uso de isótopos no es exclusivo de las paleociencias, ya que también se usan en en otras áreas como ecología, agricultura o medicina. Enlaces a wikipedia en español para profundizar en la física de los isótopos estables y radiactivos. Si tienen un buen nivel de inglés consulten mejor la versión inglesa de la wikipedia: Carbono-14 Radiactividad y decaimiento radiactivo Isótopos estables
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Noviembre 2017
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