¿Cómo funciona el carbono 14? El reloj de las primeras huellas de América

En una llanura blanca de Nuevo México, en Estados Unidos, hay huellas de pies descalzos. Niños y adultos caminaron por la orilla de un lago que ya no existe. Un estudio publicado este mes en Science Advances, del Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS) y la Universidad de Arizona, las sitúa entre 23.500 y 21.700 años de antigüedad, en lo más duro de la última glaciación.

Eso es entre siete mil y nueve mil años antes que Monte Verde, en Chile, el sitio que en 1997 convenció a los arqueólogos de que había gente en Sudamérica hace unos 14.500 años. Si las fechas de White Sands son buenas, los libros sobre cómo llegaron los primeros humanos a América se quedan cortos.

Y aquí viene lo curioso: nadie fechó las huellas. Se fecharon semillas y granos de polen enterrados en las capas de sedimento que las rodean. Lo que dio la edad fue un átomo.

Esta semana OlgaLú, una lectora del blog, me pidió escribir sobre «las moléculas que reescriben la historia». Para mí, el carbono 14 es probablemente el átomo que más historia ha reescrito. La pregunta es:

¿Cómo funciona el carbono 14, y cómo puede un átomo saber cuántos años tiene una huella?

¿Qué es el carbono 14?

Empecemos por el carbono normal. Cada átomo de carbono tiene en el centro 6 protones y, casi siempre, 6 neutrones. Ese es el carbono 12. Los protones deciden qué elemento es; los neutrones solo cambian el peso. Quiero decir: un carbono más pesado sigue siendo carbono.

Piensa en dos botellas de la misma gaseosa, una con dos canicas dentro. Por fuera son iguales y saben igual. Solo una balanza las distingue. El carbono 14 es esa botella con canicas: 6 protones y 8 neutrones. Químicamente se comporta igual que el carbono 12, así que las plantas casi no lo distinguen.

Es escaso. En el aire hay más o menos 1,2 átomos de carbono 14 por cada billón de átomos de carbono. Se fabrica sin parar a entre 9 y 15 kilómetros de altura. Los rayos cósmicos, partículas que llegan del espacio, rompen núcleos en la atmósfera y sueltan neutrones. Cuando uno de esos neutrones choca con un átomo de nitrógeno, le saca un protón y lo convierte en carbono 14.

Ese carbono nuevo se une al oxígeno, forma dióxido de carbono y baja. Las plantas lo absorben para crecer, los animales comen plantas, tú comes las dos cosas. Por eso todo ser vivo lleva en el cuerpo la misma proporción de carbono 14 que el aire. Es como una panadería donde cada pan sale con la misma cantidad de uvas pasas, porque toda la masa sale de la misma artesa.

¿Por qué el carbono 14 funciona como un reloj?

Porque el carbono 14 no dura. Es inestable: tarde o temprano su núcleo suelta un electrón y el átomo vuelve a ser nitrógeno.

No se puede saber cuándo le toca a un átomo concreto. Es como las palomitas de maíz en la olla: no adivinas qué grano va a reventar ahora, pero sí cuánto tarda en reventar la mitad. Para el carbono 14 ese tiempo, la vida media, es de 5.730 años. Después de 5.730 años queda la mitad. Después de 11.460, la cuarta parte. Y así.

Mientras un ser vivo come y respira, repone lo que se desintegra, y la proporción se mantiene. Cuando muere, deja de reponer. Desde ese momento el carbono 14 solo baja. Es un reloj de arena que se voltea el día de la muerte.

El químico estadounidense Willard Libby armó esta idea a finales de los años cuarenta, publicó las primeras fechas en 1949 y recibió el Nobel de Química en 1960. Un detalle que me encanta: Libby calculó una vida media de 5.568 años, que resultó un poco corta. Los laboratorios del mundo siguen usando su número a propósito. Prefieren un error conocido e igual para todos a que cada laboratorio use el suyo.

El reloj tiene un límite. Después de 50.000 años queda alrededor del 0,24 % del carbono 14 original, tan poco que una contaminación mínima con carbono moderno pesa más que la señal. Más allá de eso hay que usar otros relojes.

¿Por qué no basta con contar lo que queda?

Todo lo anterior depende de una suposición: que el aire siempre tuvo la misma proporción de carbono 14. No es así. Cuando el Sol está más activo, o cuando el campo magnético de la Tierra se fortalece, llegan menos rayos cósmicos y se fabrica menos carbono 14.

La solución vino de los árboles. Cada anillo de un tronco es un año, y cada anillo guardó el carbono del aire de ese año. Midiendo miles de anillos, y luego corales y sedimentos de lagos, los científicos armaron una tabla de traducción entre «años de radiocarbono» y años de calendario. La versión actual, IntCal20, llega hasta 55.000 años atrás.

Hasta aquí, el reloj parece a prueba de todo: se mide, se traduce con la tabla y listo. Pero en White Sands casi falla, y no por la física.

¿Qué mide realmente el carbono 14?

Las primeras fechas de White Sands, publicadas en 2021, salieron de semillas de una planta acuática del género Ruppia. Daban entre 21.000 y 23.000 años. Y muchos arqueólogos dijeron: cuidado.

La razón es el agua. Las plantas acuáticas no toman todo su carbono del aire; lo toman del agua donde viven. Si esa agua bajó por rocas calizas, trae disuelto carbono de piedras de millones de años, sin una gota de carbono 14. La planta lo incorpora y nace pareciendo vieja. Los geólogos lo llaman efecto de agua dura. Si eso pasó en White Sands, las huellas podían ser miles de años más jóvenes, y la noticia se desinflaba.

Aquí está la idea que cambia cómo se lee cualquier fecha de carbono 14:

El reloj no mide cuándo murió algo. Mide de dónde sacó su carbono.

Es como pesar una maleta para saber cuánta ropa lleva: funciona, salvo que alguien le haya metido piedras. La física de la desintegración es impecable. Lo que puede mentir es la dieta.

Por eso el equipo de Jeffrey Pigati y Kathleen Springer, del USGS, volvió a las mismas capas, esta vez a buscar polen de pinos y otras coníferas, que toma su carbono directamente del aire. Separar suficiente polen es un trabajo de paciencia: hacen falta decenas de miles de granos para una sola medida. El polen dio entre 22.600 y 23.400 años, con márgenes de un par de miles de años (Pigati y colegas, Science, 2023). Un tercer reloj, la luminiscencia, que mide cuánto tiempo lleva enterrado el cuarzo sin ver la luz y no usa carbono, dio al menos 21.500 años. Tres relojes distintos, la misma respuesta.

Nosotros también movimos el reloj

La lección del agua dura vale para todo el planeta. Entre los años cincuenta y sesenta, las pruebas de bombas atómicas al aire libre fabricaron tanto carbono 14 que hacia 1963 el aire tenía casi el doble de lo normal. Ese pico, el pulso de las bombas, quedó grabado en todo lo que creció en esos años, incluidos nosotros.

Los biólogos le sacaron provecho. En 2005, un equipo sueco liderado por Jonas Frisén midió el carbono 14 del ADN de células humanas para saber en qué año se formaron. Descubrieron que muchas células del cuerpo son bastante más jóvenes que la persona, pero que las neuronas de la corteza cerebral te acompañan desde que naciste. Otro estudio del mismo grupo mostró que el esmalte de los dientes, que no se renueva, permite estimar el año de nacimiento de una persona nacida después de 1955 con un error medio de 1,6 años. Es una herramienta forense, prima de las que conté en el artículo sobre envenenamientos de hace 200 años.

Y el petróleo empuja en sentido contrario. El carbón y el petróleo son restos de seres vivos de hace millones de años, sin carbono 14. Al quemarlos, diluimos el del aire, como echar agua al jugo. Heather Graven, del Imperial College de Londres, calculó en 2015 que si las emisiones siguen creciendo, hacia 2050 el aire se acercaría a la proporción de carbono 14 de hace mil años. Una camiseta de algodón nueva podría salir fechada como si fuera de la Edad Media.

¿Qué no sabe todavía el carbono 14?

Que tres relojes coincidan no cierra todas las discusiones. En 2024, un equipo de críticos midió plantas actuales de Ruppia en Salt Creek, un arroyo salado de la región, y encontró que ya daban fechas demasiado viejas. Su conclusión: las semillas pudieron crecer en esa agua más dura y llegar arrastradas, y las huellas podrían ser al menos 7.500 años más jóvenes. Tampoco está del todo resuelta la relación entre algunas capas y las huellas. Monte Verde tampoco está en paz: en los últimos años un equipo propuso que parte del sitio es más joven, y más de dos docenas de expertos respondieron que esa conclusión no se sostiene.

En mi opinión, eso no es una debilidad de la ciencia. Es la ciencia funcionando. Cada fecha es una medida con su margen de error, y cada margen se discute con muestras nuevas, no con opiniones. Es lo mismo que pasa con el reloj nuclear de torio o con los nucleidos que fecharon el desierto de Atacama: un reloj vale lo que valen sus suposiciones.

Qué puedes hacer tú con esto

• Pregunta qué se fechó. Cuando una noticia diga «tiene 20.000 años», busca si fecharon hueso, carbón, semillas o polen. Ya sabes por qué importa.
• Busca el margen. Una fecha seria va con un «más o menos». Si el titular no lo trae, el artículo original sí.
• Fíjate en «cal AP». Significa años de calendario antes de 1950, ya traducidos con la tabla de los árboles. «Años de radiocarbono» sin calibrar puede diferir en miles de años.
• Desconfía de las fechas imposibles. Más allá de unos 50.000 años, el carbono 14 ya no sirve. Si alguien fecha así algo más viejo, pregunta cómo.

Las personas que leen el tiempo en un grano de polen

Detrás de cada fecha hay alguien con una lupa y mucha paciencia. Libby, que convirtió un rayo cósmico en un calendario. Tom Dillehay, que pasó años defendiendo Monte Verde ante colegas que no le creían. Kathleen Springer y Jeffrey Pigati, que respondieron a las críticas con muestras nuevas, no solo con argumentos.

Para Ed Jolie, antropólogo de la Universidad de Arizona y coautor del estudio de este mes, estos hallazgos «humanizan el pasado indígena profundo de las Américas». Muchas de esas huellas son de niños y adolescentes que caminaron junto a un lago hace más de 21.000 años. El carbono 14 no nos dice sus nombres, pero nos dice que estaban ahí.

Gracias, OlgaLú, por la pregunta. ¿Y tú? Si pudieras fechar un solo objeto de tu casa o de tu familia, ¿cuál escogerías?