Cuando la radiactividad establece el récord directo

Artículo extraído del nº 204 de Indispensables de Sciences et Avenir, de enero / marzo de 2021.

“Debemos ser conscientes de que ya no podemos fechar un cráneo escaneado con rayos X por ciertos métodos “, Jean-Jacques Bahain, profesor del Museo Nacional de Historia Natural, resume una de las cuestiones relacionadas con el creciente papel de la física y la genética en la paleontología: evitar que los análisis de unos perturben los de otros. El otro desafío de la datación es reducir el tamaño de la muestra y, al mismo tiempo, minimizar la incertidumbre.

Jean-Jacques Bahain se especializa en resonancia electrónica de espín (ESR). El principio es el mismo que para la termoluminiscencia (TL) y la luminiscencia estimulada ópticamente (OSL): “La radiactividad natural captura electrones en el materia mineral. Contando su número, podemos determinar la edad correspondiente a esta acumulación “, el explica. Los minerales funcionan entonces como cronómetros cuya señal de inicio se debe determinar: calentar a más de 450 ° C, o unos minutos u horas de exposición a la luz solar, libera estos electrones y pone a cero el contador. Esto nos permite fechar la hora en que el material se calentó o expuso por última vez al sol.

La termoluminiscencia determina la cantidad de electrones atrapados por el calentamiento del mineral. Bajo el efecto del calor, los electrones atrapados escapan y emiten una radiación cuya intensidad es proporcional a su número. Para OSL, los electrones se liberan con la ayuda de la luz.

El reloj de carbono 14 no es el reloj de tiempo

Con la ESR, la muestra se somete a un campo magnético que guía los electrones atrapados según su espín, es decir, su movimiento de rotación sobre sí mismos. Bajo el efecto de las microondas, la rotación se invierte y parte de la energía de estas ondas es absorbida por la muestra, en proporción al número de electrones atrapados. “La ventaja del ESR es que el temporizador no se borra, subraya el experto. Por tanto, podemos rehacer las medidas. Por otro lado, es un proceso muy complicado. Y es un método semi-destructivo: evitamos usarlo en fósiles humanos y favorecemos otras muestras encontradas cerca y consideradas de la misma edad. “

Otra técnica, el método U-Th, se basa en la medición del contenido relativo de dos productos de la descomposición del uranio 238: uranio 234 y torio 230.

En el corazón de una estalagmita o estalactita, el uranio queda atrapado durante la formación de la estructura mineral de la roca carbonatada. A medida que se descompone, se forma torio, que se puede medir. Por otro lado, en un diente o hueso, los materiales porosos, uranio soluble, pueden ser lixiviados por el agua. Por lo tanto, las proporciones de uranio y torio podrían haberse distorsionado. “Con fósiles humanos o animales, la datación U / Th da una edad aparente, que especificamos al combinarla con ESR”, continúa Jean-Jacques Bahain.

El uranio-torio puede retroceder en el tiempo hasta 600.000 años, una banda compatible con ESR. La termoluminiscencia alcanza los 800.000 años. OSL se remonta en el tiempo desde 350.000 hasta aproximadamente un millón de años, dependiendo del mineral estudiado.

Métodos de datación cruzada

Estos métodos, por tanto, sustituyen a la datación por carbono-14, que permitió fechar, hasta hace unos 55 mil años, rastros de plantas, animales y seres humanos. La técnica se basa en el radiocarbono producido por las interacciones entre la radiación cósmica y el nitrógeno en la atmósfera terrestre. Hasta su muerte, los organismos vivos intercambian carbono con el medio ambiente. Post mortem, su contenido de radiocarbono se reduce a la mitad cada aproximadamente 5.730 años. Podemos analizar esta cantidad y obtener la fecha de fallecimiento en “C14 años”. Luego, debe traducirse a años calendario mediante una curva de calibración, que describe la historia de la producción de radiocarbono atmosférico. En función, entre otras cosas, de la actividad solar y de la intensidad del campo magnético terrestre, se deduce del análisis de árboles fosilizados, sedimentos … Esta curva se acaba de actualizar. IntCal20 muestra que durante 40.000 años, el “reloj” del carbono 14 ha estado latiendo más lentamente que el tiempo, debido a la menor producción de C14. Por otro lado, entre -48.000 y -40.000, fue el doble de rápido que el tiempo. Entonces será necesario volver a calcular todas las fechas establecidas para décadas.

Esto es lo que hicieron Édouard Bard y sus colegas para los sitios que entregaron los restos de neandertales y sapiens. La diferencia entre el último neandertal conocido, Saint-Césaire, Francia, y los sapiens más antiguos, Bacho Kiro, Bulgaria, es de unos 6.250 “C14 años”. Con la curva de calibración anterior, esto correspondía a aproximadamente 5.000 años. La curva Int-Cal20 reduce la brecha a solo 3.960 años y empuja la edad del último neandertal conocido a más de 40.000 años.

Antes de publicar la edad de un artefacto, un remanente o un sitio, los prehistoriadores están tomando más precauciones para evitar disputas, como la reciente controversia sobre la atribución a H. neanderthalensis pinturas rupestres de varios sitios españoles y portugueses. Y, cuando sea posible, cruce varios métodos de citas. Esto se hizo antes de anunciar, en 2018, el espectacular descubrimiento del sapiens más antiguo conocido fuera de África, en Israel, gracias a una mandíbula de unos 180.000 años. Para este estudio se asociaron tres técnicas de datación y tres laboratorios. Una precaución esencial para validar una época que sugiere que nuestro antepasado pudo haberse asentado en el Levante antes de los neandertales … ¡y no después!

Isótopos, indicadores de la dieta

El estudio de la relación entre diversas formas de oxígeno (17 y 18 vs 16) proporciona información sobre la naturaleza del agua en los tejidos, distinguiendo la que proviene de las plantas de la que se bebió directamente. Carbono (13 vs 12) da información sobre el tipo de fotosíntesis que realizan las plantas consumidas, distinguiendo las conocidas como C3 (cereales, frijoles, frutas y hortalizas) y C4 (plantas tropicales como maíz, sorgo, mijo, caña de azúcar, etc.). Un alto contenido de azufre (34 vs 32) suscríbete a una dieta rica en mariscos (algas o animales), o un lugar de vida cerca del mar. Más bien, en el colágeno óseo o el tejido dental, el contenido de nitrógeno 15 (vs 14) aporta información sobre la posición de un organismo en la cadena alimentaria y, por tanto, permite distinguir entre dietas carnívoras, omnívoras y herbívoras. “Pero las moléculas orgánicas que contienen nitrógeno se degradan con el tiempo y no podemos llegar muy lejosexplica Jean-Jacques Hublin. Es por esta razón que estamos cada vez más interesados ​​en los isótopos minerales. como el zinc, que permanece atrapado en la estructura mineral del tejido dental. “ En febrero pasado, un equipo internacional demostró, estudiando 72 fósiles de 22 especies animales encontradas en una cueva en Laos (hace 38.400 a 13.500 años), que el nivel de zinc 64 (vs 66) aumenta con el consumo de carne. Del mismo modo, el estroncio dental ahora se usa para determinar si un fósil se encontró en la región donde creció el individuo o si proviene de un área donde el suelo y las plantas son menos ricos en este elemento.

Para determinar la edad exacta de los restos, los investigadores suelen utilizar varios tipos de citas, utilizando diferentes métodos. Por lo tanto, esta mandíbula encontrada en Israel podría acreditarse por 180.000 años, lo que la convierte en un fósil del sapiens más antiguo conocido fuera de África. (ISRAEL HERSHKOVITZ ET AL.)