Las pruebas nucleares han cambiado la edad del carbono 14 en los océanos
En las primeras horas del 30 de octubre de 1961, un bombardero ruso despegó y voló hacia el norte. El avión se dirigía al archipiélago de Novaya Zemlya, en la parte rusa del Ártico. Cuando el piloto vio las islas muy abajo, soltó la carga: una bomba del tamaño de un autobús de dos pisos.
Mientras el piloto aceleraba para salir del alcance, la bomba descendió lentamente al suelo bajo la capota de un enorme paracaídas. Pasó un minuto y luego el cielo se iluminó con la luz más intensa jamás creada por el hombre.
La bomba, más tarde llamada Tsar Bomba (Bomba del Zar), es el arma nuclear más poderosa jamás detonada. Fue la culminación de las pruebas nucleares llevadas a cabo por la URSS, Estados Unidos y varios otros países en los años posteriores a la Segunda Guerra Mundial.
Imagen: Fue un avión como éste, un Tupolev Tu-95V, el que en 1961 lanzó la bomba atómica más grande jamás detonada. Foto: Archivos Nacionales de EE. UU.
Dos años más tarde, en 1963, las potencias nucleares acordaron cesar los ensayos nucleares atmosféricos y los ensayos se trasladaron a la clandestinidad.
Sin embargo, después de casi 20 años de detonaciones (desde la primera en 1945 hasta el tratado de 1963), la química de los océanos había cambiado; este es un cambio que durará miles de años.
Por ejemplo, las detonaciones estadounidenses y francesas en el Océano Pacífico mataron a miles de peces y agotaron la biodiversidad de la zona. Pero las pruebas también tuvieron otra consecuencia. Dificultaron el uso de la datación por carbono 14.
El investigador Christof Pearce del Departamento de Geociencias, el Centro de Investigación del Ártico y iClimate de la Universidad de Aarhus y varios de sus colegas han intentado encontrar un método para solucionar estos problemas.
"No podemos calibrar la edad del carbono 14 de los animales o plantas fosilizados que se encuentran en los sedimentos oceánicos. Las pruebas nucleares crearon cantidades masivas de carbono 14 en la atmósfera, que fueron absorbidas lentamente por el océano. Mientras que la atmósfera recuperó rápidamente algún tipo de equilibrio, pasarán cientos o incluso miles de años antes de que el océano pueda hacer lo mismo", dice Pearce.
"Es por eso que necesitamos material anterior a las pruebas nucleares, y ahí es donde entran las expediciones polares. Podemos usarlas para descubrir cuánto carbono-14 había antes de las detonaciones y ajustar la datación.
Imagen derecha: Dos estudiantes ayudan a Christof Pearce a revisar los archivos del Museo Zoológico de Copenhague en busca de muestras de antiguas expediciones polares. Por suerte, en los archivos se guarda casi todo lo que se recopiló durante las expediciones. Crédito: Christof Pearce
¿Qué es la datación por carbono 14?
La atmósfera terrestre está formada por una serie de gases como oxígeno, CO2 y nitrógeno.
Cuando los átomos de nitrógeno se mueven hacia las capas superiores de la atmósfera, son golpeados por neutrones libres liberados debido a la radiación cósmica. Los átomos de nitrógeno absorben los neutrones y se convierten en carbono-14 y emiten un protón. Los nuevos átomos de carbono 14 luego se unen al oxígeno, creando CO2.
Los árboles, arbustos y otras plantas absorben CO2 del aire durante la fotosíntesis, lo que significa que también absorben carbono-14.
Sin embargo, la gran mayoría del CO2 de la atmósfera se compone de carbono-12. Sólo una pequeña proporción del CO2 contiene carbono 14, que es radiactivo. Por tanto, las plantas absorben principalmente carbono-12.
Cuando una planta muere, deja de absorber carbono nuevo, pero como el carbono 14 es radiactivo, se descompone y desaparece lentamente. El carbono 12, por el contrario, no. Los investigadores pueden calcular la edad de un residuo vegetal midiendo cuánto carbono-14 queda en comparación con carbono-12. Sabemos que la vida media del carbono-14 es de 5.700 años y sabemos que la distribución natural entre el carbono-12 y el carbono-14 es bastante estable.
Los herbívoros se alimentan de las plantas y absorben así el carbono. Los herbívoros, a su vez, son devorados por los carnívoros, que luego también lo absorben. Esta es la razón por la que el método también se puede utilizar para datar con carbono animales y humanos.
Imagen: Los estantes del archivo del museo están llenos de muestras de expediciones anteriores. Encontrar los adecuados lleva tiempo. Crédito: Christof Pearce
Los museos son un tesoro escondido
Las pruebas nucleares no son la única razón por la que ha cambiado la edad del carbono 14 en los océanos. Las emisiones humanas de CO2 también han modificado la balanza, pero en la dirección opuesta.
Como sugiere el nombre, los combustibles fósiles consisten en material vegetal fósil y, por lo tanto, tienen una edad alta de carbono 14. Por lo tanto, las emisiones de CO2 han tenido el efecto contrario al de las bombas atómicas que crearon nuevo carbono-14. Este es un problema bien conocido, especialmente para los geólogos, arqueólogos y otros investigadores interesados en cómo era el océano en el pasado.
Para Pearce, una de las fuentes de conocimiento más importantes sobre el clima y el medio marino del pasado son las muestras de sedimentos. Al igual que los investigadores que extraen núcleos de hielo de la capa de hielo para estudiar el clima del pasado, Pearce y sus colegas utilizan núcleos del fondo marino.
Las diferentes capas de los núcleos están repletas de microfósiles y material orgánico que pueden revelar cómo eran los océanos en el pasado.
Pero para utilizar el conocimiento almacenado en los núcleos extraídos del fondo marino, los investigadores necesitan saber cuándo se formaron las capas. Y aquí es donde el carbono-14 entra en escena.
"El problema es que no conocemos el nivel natural de carbono-14 en todo el océano. No tenemos un punto cero como lo tenemos en la atmósfera. Cuando intentamos fechar una capa de sedimento, estamos a menudo con una diferencia de varios cientos de años. Necesitamos material de una edad conocida anterior a las grandes perturbaciones humanas. He pasado mucho tiempo pensando en cómo podríamos resolver el problema del carbono en el océano en algunas partes del Ártico", dice Pearce.
"Cuando trabajaba en Estocolmo, pasé por delante de algunas vitrinas que se alineaban en los pasillos de la universidad. Se trata de las antiguas expediciones polares. Fue entonces cuando me di cuenta de que aún existían muestras de antes de las pruebas nucleares que podría examinar".
Imagen derecha: Algunas de las muestras utilizadas para recalibrar los niveles de carbono14 en el océano cerca de Groenlandia. Crédito: Christof Pearce
Muestras de expediciones danesas y suecas.
Luego, Pearce se propuso averiguar si se habían conservado muestras de las antiguas expediciones. Si se conservaban, estudió si podría utilizarlas. Rápidamente descubrió que tanto Dinamarca como Suecia tenían muestras de sus expediciones polares conservadas en colecciones de museos.
Una de las antiguas expediciones que observó zarpó de Copenhague hace casi 100 años. Se llamó expedición Godthaab y, aunque es una de las expediciones menos conocidas, los investigadores que participaron en ella aportaron muchos valiosos conocimientos. Este conocimiento es ahora una mina de oro para investigadores como Pearce.
"La expedición navegó entre Groenlandia y Canadá. Midió la salinidad y la temperatura del agua, midió la profundidad, tomó muestras del fondo y recogió mejillones. Un esfuerzo enorme. Afortunadamente, todavía se conservan muestras y registros de aquella época en los almacenes del Museo Zoológico de Copenhague. Y por suerte, nos permitieron llevarnos algunas de las muestras. Esto nos permitió comprobar los niveles de carbono 14 en el océano antes de las pruebas nucleares".
El Museo Sueco de Historia Natural de Estocolmo también permitió al equipo de investigación tomar muestras de antiguas expediciones polares.
Imagen: Christof Pearce saca viejos mejillones de los vasos sellados. Aunque el líquido de los vasos mata las bacterias, parte del tejido blando de los caracoles y los mejillones estaba podrido. Por lo tanto, abrir los vasos era un procedimiento maloliente. Crédito: Christof Pearce
Un trabajo maloliente
Pearce y sus colegas llevaron casi 100 muestras a su laboratorio.
Sin embargo, sólo se pueden utilizar mejillones y caracoles a los que les quede tejido blando. Y prepararlos para el análisis no era un trabajo para personas con un olfato delicado.
"Pescamos mejillones y caracoles medio podridos de las viejas botellas de vidrio. Olía fatal, pero tuvimos que sacarlos y secarlos antes de poder utilizarlos. Una vez que las muestras estuvieron listas, se llevaron al Departamento de Física y Astronomía, donde se encuentra el único laboratorio en Dinamarca que puede realizar dataciones por carbono 14".
Luego, los investigadores esperaron con anticipación los resultados, con los dedos cruzados para que las muestras fueran lo suficientemente buenas.
Una datación C14 más precisa
Afortunadamente, las muestras eran buenas y, una vez que los resultados comenzaron a llegar, Pearce pudo ver que tendrían datos suficientes para fechar con mayor precisión material de toda Groenlandia.
Imagen derecha: Mapa de Groenlandia y el norte del Océano Atlántico Norte, con corrientes oceánicas y ubicaciones de todas las muestras analizadas en este estudio junto con las de la base de datos ΔR existente (Reimer y Reimer, 2001).
"Y no sólo eso, ahora sabemos mucho más sobre las variaciones locales. La concentración de carbono-14 en el océano se ve afectada por las corrientes oceánicas. Los valores más bajos se encontraron alrededor de la Bahía de Baffin, entre Canadá y Groenlandia, donde la influencia del Océano Ártico es más fuerte. También se encontraron valores bajos en zonas con mucho hielo marino, que actúa como una barrera entre la atmósfera y el océano", afirma Pearce.
Explica que los nuevos cálculos harán que sea más precisa la investigación del clima oceánico del pasado. Este conocimiento es crucial si queremos predecir cómo afectará el cambio climático a los océanos en el futuro.
"Para calcular qué sucederá con las aguas del Ártico en el futuro, necesitamos saber cómo ha evolucionado el océano durante los últimos miles de años. Y ahora tenemos una herramienta que nos ayudará a hacerlo con mayor precisión", afirma.
"Además, creo que hemos demostrado lo importante que es conservar las muestras en las antiguas colecciones de los museos. Puede que hoy no sean de gran valor, pero nunca se sabe, podrían ser importantes en el futuro, al igual que los moluscos de 100 años de repente se volvieron importantes para nosotros".
El trabajo se ha publicado en Geochronology: The marine reservoir age of Greenland coastal waters
