La datación por carbono 14 se usa para determinar la edad de objetos hasta unos 50.000 años. En consecuencia, los partidarios de una tierra joven (de 6.000 a 10.000 años de antigüedad) a menudo cuestionan el método con el pretexto de que hay huellas de carbono 14 en el petróleo o el carbón: si el carbono 14 desaparece tan rápido (ver más abajo), ¿cómo es que se encuentra en el petróleo, al que suponemos una antigüedad de millones de años? Veamos esto. 

1. Versión corta: incluso bajo tierra, unas reacciones nucleares producen C14. (Puede aceptarla y no seguir leyendo).

2. Versión (no demasiado) larga. Veámosla a continuación.

El carbono 14 es inestable. Si tengo 8.000 ejemplares frente a mí y voy a pasear durante 5.700 años, solo quedarán 4.000 cuando regrese. Tras otra caminata de 5.700 años, solo quedarán 2.000. Otros 5.700 años más, y quedarán 1.000. Cada 5.700 años es la misma historia: la cantidad de C14 se divide por 2. Se dice que 5.700 años es la “vida media” del C14. En 1 millón de años, ¿cuántas veces se dividirá mi stock de C14 por 2? Respuesta: “1 millón dividido por 5.700” veces, es decir, 175 veces. Y dividir 175 veces seguidas por 2, es como dividir por 4,8 x 10⁵², es decir, 48 seguido por 51 ceros. Es mucho dividir.

Dado que el número de átomos que hay en la Tierra es de alrededor de 1 seguido de 50 ceros, entendemos que si nuestro planeta estuviera hecho de C14 puro, habría desaparecido en menos de un millón de años.

Por lo tanto, podemos preguntarnos: si el petróleo tiene millones de años, ¿cómo es que hay C14 en él? ¿De dónde viene?

¿Y en la atmósfera?

Podríamos comenzar preguntándonos cómo es que encontramos C14 en la atmósfera, ya que la misma tiene más de un millón de años.

Es simple: el C14 atmosférico se renueva constantemente. ¿Y cómo “hacemos” C14? La receta es bastante sencilla y usa física nuclear bien establecida:

1. Tome el núcleo de un átomo de nitrógeno 14, con 7 neutrones y 7 protones. Es el nitrógeno de toda la vida.

2. Agréguele un neutrón para obtener nitrógeno 15, con 8 neutrones y 7 protones.

3. Espere un poco (no mucho) y sin tener que hacer nada (de forma natural), este expulsará un protón. Resulta un núcleo con 6 protones y 8 neutrones. Es un carbono, por los 6 protones, y “14”, porque 6 + 8 = 14. En resumen, un C14. También podemos terminar con nitrógeno 15, pero es más raro[1].

Todo lo que necesitamos para obtener C14 es nitrógeno 14 y un neutrón[2]. Hay muchos neutrones dando vueltas en la atmósfera, y también hay mucho nitrógeno. Así que no es ningún misterio que haya C14 ahí arriba. El que hay se reduce a la mitad cada 5.700 años, pero el stock se renueva continuamente. En última instancia, aproximadamente uno de cada millón de millones de átomos de carbono atmosférico es un C14. El resto es casi exclusivamente C12, con migajas de C13.

¿Y bajo tierra?

Ya casi estamos. Para hacer C14, necesito nitrógeno y neutrones. El nitrógeno abunda en el petróleo. Pero, ¿de dónde vienen los neutrones? De la actividad nuclear del uranio-238 y del torio-232 (la radiactividad es un fenómeno natural. No se lo diga a Greenpeace). Estos dos están presentes bajo tierra, son radiactivos, y cuando se desintegran, lo que hacen muy lentamente con vidas medias enormes[3], expulsan un núcleo de helio que generará neutrones al tocar otros núcleos.

De modo que sí, bajo tierra también se genera C14. Las mediciones de la ratio C14/C12 apuntan a una concentración 1 millón de veces menor, aproximadamente, que en la atmósfera[4]. No es mucho, pero lo hay.

La ciencia contemporánea se rompe la cabeza con muchos problemas, pero no con este. Nadie recibirá el Nobel para haber contestado la pregunta, ¿por qué queda C14 en el petróleo?

La física nuclear: un ajedrez gigante

Finalmente, me gustaría decir algo sobre las riquezas de la física nuclear. El núcleo de un átomo son protones con neutrones. Por lo tanto, podemos representar todos los núcleos en una especie de tablero de ajedrez gigante cuyo comienzo se dibuja a continuación. Cada casilla es un núcleo potencial.

Por razones que no especificaré, algunas casillas están vacías. No se pueden mantener 6 protones con 1 neutrón, por ejemplo. Otras casillas están ocupadas por un núcleo inestable, como C14, el Be7 (Berilio 7) o el Be10. Las flechas indican el “salto” de un núcleo radiactivo cuando se desintegra. De hecho, “desintegrarse”, para un núcleo, es la transformación en otro núcleo y la expulsión de “algo” (radiación). Y este nuevo núcleo estará necesariamente en el tablero. No hay otro lugar a donde ir. Finalmente, otras celdas o casillas están ocupadas por un núcleo estable, como el D (Deuterio, o Hidrógeno 2) o el C12. Estos son los cuadros verdes en el diagrama.

Solo represento la parte inferior izquierda del tablero. Sabemos que el eje de los neutrones sube, como mínimo, hasta 177. Y el de los protones, al menos hasta 118. En total, se conocen más de 3.000 núcleos diferentes, de los cuales tan solo unos 250 son estables[5]. Todos los demás son radiactivos, con vidas medias que van del nanosegundo a unos billones de billones de años. El lector interesado en una visión global del tablero puede encontrarla aquí, con información detallada sobre cada uno de los 3.000 núcleos conocidos (simplemente haga clic en cualquier casilla). Vaya trabajo de chinos…

Cuando sabemos que un núcleo puede saltar de una casilla a otra, ya sea porque es inestable (como el C14 que se convierte en N14) o porque se ha “comido” un neutrón (como el N14 que se convierte en C14), nos damos cuenta de que este tablero gigante es la “pista” de un intenso baile que nunca cesa.

Una física poco conocida, de una riqueza excepcional, que explica, entre otras cosas, por qué podemos encontrar C14 en el petróleo enterrado durante millones de años.

Notas

[1] La curva descendente ocre en este gráfico es la probabilidad de obtener un C14 en función de la energía del neutrón incidente. La curva roja abajo, la probabilidad de terminar con un nitrógeno 15. Gracias a mi amigo Luc Bourhis por la referencia.

[2] También podemos comenzar con oxígeno-17 o carbono-13, o ... con muchos otros núcleos.

[3] 4.470 millones de años y 14.000 millones de años, respectivamente.

[4] The chemical history of 14C in deep oilfields, ver aquí.

[5] Conclusión: de 177 x 118 = 20.886 núcleos posibles, solo el 14% son factibles y el 1,2% estables.

Para profundizar

Artículo en inglés que detalla lo que acabo de decir.

Artículo de Wikipedia sobre física nuclear.

Para tener una idea de los temas de investigación actuales en física nuclear: Physical Review C.