Com es pot saber l’antiguitat del carboni a la natura?

Sembla màgia, però al darrere de datar l’edat del carboni hi ha molta ciència.  La investigadora Marie Skłodowska Curie del CREAF Estefanía Muñoz, ens revela la tècnica: la datació per radiocarboni, un procediment que compara quant radiocarboni hi ha a l’atmosfera i quant n’hi ha al bosc. Aquesta metodologia la va aprendre durant la seva estada al Max Planck Institute for Biogeochemistry d’Alemanya i, actualment, l’utilitza en el projecte DISEQ per explorar com influeix la sequera en el temps de trànsit del carboni —el temps que el carboni roman en un ecosistema un cop capturat fins que torna a emetre’s en forma de CO₂— als boscos mediterranis.

La investigadora ens explica que el carboni forma part de l’estructura de tots els éssers vius. Normalment, la seva forma més estable i comuna és l’isòtop carboni-12, però també n’existeixen d’altres, molt menys estables, com el carboni-14 (14C), un isòtop radioactiu —radiocarboni— que es troba en menor concentració. Tanmateix, a mitjans del segle XX, les proves d’armes nuclears van deixar un pic global de carboni-14 a l’atmosfera que es va batejar com a ‘efecte bomba’, i que ha anat disminuint amb el temps fins a assolir un contingut similar al que tenia l’atmosfera abans d’aquestes proves. I per què això permet datar l’antiguitat del carboni? El descobriment el va fer Willard Libby, Premi Nobel de Química el 1960: va observar que el carboni-14 present a l’atmosfera l’absorbeixen les plantes a través de la fotosíntesi i els animals quan se les mengen; un cop moren, deixen d’absorbir radiocarboni i el que ja contenen comença a desintegrar-se a un ritme conegut per la ciència. Així és com va demostrar que aquest isòtop és un marcador poderós per estudiar l’edat del carboni als ecosistemes. 

Com? Es coneix amb certa precisió la concentració de radiocarboni a l’atmosfera abans i durant les proves nuclears, i com ha anat disminuint a partir de la signatura del tractat de prohibició parcial d’assajos nuclears. Això permet disposar d’una escala temporal per saber en quin moment aquest carboni es va incorporar a l’ecosistema a través de la fotosíntesi. En el cas d’aquesta recerca, l’Estefanía utilitza aquesta tècnica per posar data al carboni que contenen les fulles, la fusta, les arrels, els sòls, la fullaraca i, fins i tot, el CO₂ que respira un ecosistema, per saber si respira el carboni més nou o el més antic. 

En concret, hi ha corbes estandarditzades de radiocarboni que mostren la concentració de radiocarboni al llarg del temps en diferents regions del món:

(1) Si una mostra té una concentració negativa de 14C, menor que la que té l’atmosfera actualment, vol dir que el carboni es va integrar a l’ecosistema abans de les proves nuclears i, per tant, és anterior a 1950.

(2) Si es detecta una concentració positiva de 14C, vol dir que la mostra té radiocarboni de les proves nuclears, i depenent del valor pot indicar que va ser assimilat per l’ecosistema en un període comprès entre els anys 50 i l’actualitat.

(3) Si es detecta una concentració de 14C similar a la que té l’atmosfera en el moment del mostreig, el carboni ha entrat recentment a l’ecosistema.

Compte! Com que l’atmosfera actualment té valors de 14C que poden correspondre als que tenia abans dels assajos nuclears, l’assignació de si el carboni és prebomba o molt recent depèn del context. Per exemple, si els valors molt baixos són de les fulles sabem que és carboni molt recent, mentre que, si els valors es troben al sòl, el més probable és que siguin prebomba. 

(1) Es prenen mostres de les parts de l’ecosistema que l’equip d’investigació vol estudiar, en aquest cas: sòl, fulles, arrels, fusta, fullaraca, respiració del sòl, respiració de l’ecosistema, entre d’altres.

(2) Les mostres sòlides s’assequen, se’n retiren les impureses i es molen.

(3) El carboni de la mostra es converteix en grafit —com el d’un llapis—. Aquest grafit s’introdueix en un espectròmetre de masses amb accelerador (AMS – Accelerator Mass Spectrometry) que separa i compta els diferents isòtops del carboni (12C, 13C i 14C). Els resultats de l’espectròmetre es calibran amb referències internacionals per augmentar la precisió.

(4) La relació 14C/13C es compara amb la corba de calibració de radiocarboni atmosfèric més propera al lloc on s’han pres les mostres per saber quan es va incorporar aquell carboni a l’ecosistema.