La datación por resonancia de espín electrónico, o datación por ESR, es una técnica utilizada para datar materiales recién formados que la datación por radiocarbono no puede, como carbonatos , esmalte dental o materiales que se hayan calentado previamente como rocas ígneas . La datación por resonancia de espín electrónico se introdujo por primera vez en la comunidad científica en 1975, cuando el físico nuclear japonés Motoji Ikeya salió con un espeleotema en la cueva de Akiyoshi, Japón . [1]La datación por ESR mide la cantidad de electrones desapareados en estructuras cristalinas que estuvieron previamente expuestas a la radiación natural. La edad de la sustancia se puede determinar midiendo la dosis de radiación desde el momento de su formación. [2]
Aplicaciones
La datación por resonancia de espín electrónico se está utilizando en campos como la química de la radiación, la bioquímica y la geología, la arqueología y la antropología. [3] La datación por ESR se usa en lugar de la datación por radiocarbono porque la datación por ESR puede datar materiales recién formados o rocas previamente calentadas. [4] La datación de los dientes enterrados ha servido de base para la datación de restos humanos. [1] Se han utilizado estudios para fechar el pedernal quemado y el cuarzo que se encuentran en ciertas cerámicas antiguas. [5] Las aplicaciones más recientes de datación de ESR incluyen la datación de terremotos previos por rotura de fallas, erupciones volcánicas pasadas y actividad tectónica a lo largo de las costas. [4]
Proceso de citas
La datación por resonancia de espín electrónico se puede describir como datación por carga atrapada. La radiactividad hace que los electrones cargados negativamente se muevan desde un estado fundamental , la banda de valencia, a un nivel de energía más alto en la banda de conducción. Después de un corto tiempo, los electrones finalmente se recombinan con los huecos cargados positivamente que quedan en la banda de valencia. [5] Los electrones atrapados forman centros paramagnéticos y dan lugar a ciertas señales que pueden detectarse con una espectrometría ESR. [1] La cantidad de electrones atrapados corresponde a la magnitud de la señal ESR. Esta señal de ESR es directamente proporcional al número de electrones atrapados en el mineral, la dosis de sustancias radiactivas y la edad. [1]
Calcular la edad de la ESR
La edad de resonancia del espín del electrón de una sustancia se encuentra a partir de la siguiente ecuación:
donde D E es la dosis equivalente, o paleodosis (en Gray o Gy), es decir, la cantidad de radiación que ha recibido una muestra durante el tiempo transcurrido entre la puesta a cero del reloj ESR (t = 0) y el muestreo (t = T) . D (t) es la tasa de dosis (generalmente en Gy / ka o microGy / a), que es la dosis promedio absorbida por la muestra en 1 año. Si D (t) se considera constante en el tiempo, la ecuación se puede expresar de la siguiente manera:
En este escenario, T es la edad de la muestra, es decir, el tiempo durante el cual la muestra ha estado expuesta a la radiactividad natural desde la última vez que se restableció la señal ESR. Esto sucede liberando la carga atrapada, es decir, generalmente por disolución / recristalización, calor, blanqueo óptico o estrés mecánico. [6]
Determinando la dosis acumulada
La dosis acumulada se determina mediante el método de dosis aditiva [2] y mediante una espectrometría de resonancia de espín electrónico (ESR). [1] Esto cuando una muestra se coloca en un campo magnético externo y se irradia con ciertas dosis de microondas [1] que cambia el nivel de energía de los centros magnéticos (cambia la rotación del giro) al mismo o al contrario del campo magnético circundante . [3] El cambio en las propiedades magnéticas solo ocurre a niveles de energía específicos y para ciertas frecuencias de microondas, existen fuerzas magnéticas específicas que causan que ocurran estos cambios (resonancia). [1] La colocación de una línea ESR en un espectro corresponde a la proporción (valor g) de la frecuencia de microondas a la intensidad del campo magnético utilizado en la espectrometría. [1] A medida que se produce la extrapolación hacia cero de la intensidad de la VSG, se puede determinar la dosis acumulada. [2]
Determinación de la tasa de dosis anual
La tasa de dosis se obtiene a partir de la suma de las concentraciones de materiales radiactivos en la muestra (tasa de dosis interna) y su entorno circundante (tasa de dosis externa). Las dosis de radiactividad interna y externa deben calcularse por separado debido a las diferencias variables entre las dos. [1]
Factores a incluir en el cálculo de la radiactividad:
- Concentración de uranio, torio y potasio [2]
- Energías para los rayos alfa, beta y gamma del uranio-238 y el torio-232 [3]
- Factores de corrección relacionados con el contenido de agua, la geometría de la muestra, su espesor y densidad
- Tasas de dosis de rayos cósmicos , que dependen de la posición geográfica y el espesor de los sedimentos de cobertura (300 pGy / a al nivel del mar) [1]
Fiabilidad
Los electrones atrapados solo tienen un marco de tiempo limitado cuando están dentro de las etapas de nivel de energía intermedio. Después de un cierto intervalo de tiempo o fluctuaciones de temperatura, los electrones atrapados volverán a sus estados de energía y se volverán a combinar con los huecos. [1] La recombinación de electrones con sus huecos solo es insignificante si la vida media es diez veces mayor que la edad de la muestra que se está datando. [1]
Referencias
- ↑ a b c d e f g h i j k l m Grun, Rainer (1991). "La datación por resonancia de espín electrónico y la evolución de los humanos modernos" (PDF) . in-africa.org . Consultado el 20 de octubre de 2015 .
- ^ a b c d Radtke, Ulrich; Grün, Rainer; Schwarcz, Henry P. (1988). "Datación por resonancia de espín de electrones de los tractos de arrecifes de coral del Pleistoceno de Barbados". Investigación Cuaternaria . 29 (3): 197–215. Código Bibliográfico : 1988QuRes..29..197R . doi : 10.1016 / 0033-5894 (88) 90030-0 .
- ^ a b c Ikeya, M. (1 de enero de 1993). Nuevas aplicaciones de la resonancia de espín electrónico: datación, dosimetría y microscopía . World Scientific. ISBN 9789810212001.
- ^ a b Rink, W. J (5 de diciembre de 1997). "Electron spin resonance (ESR) datación y aplicaciones de ESR en ciencia cuaternaria y arqueometría". Mediciones de radiación . 27 (5–6): 975–1025. Código bibliográfico : 1997RadM ... 27..975R . doi : 10.1016 / S1350-4487 (97) 00219-9 .
- ^ a b Grün, Rainer (1 de enero de 1997). "Citas por resonancia de espín de electrones". En Taylor, RE; Aitken, Martin J. (eds.). Citas cronométricas en arqueología . Avances en arqueología y ciencia museística. Springer EE. UU. págs. 217-260. doi : 10.1007 / 978-1-4757-9694-0_8 . ISBN 978-1-4757-9696-4.
- ^ Ikeya, Motoji (1993). Nuevas aplicaciones de resonancia de espín de electrones . World Scientific. ISBN 978-981-4317-21-4.
Ver también
- Resonancia paramagnética de electrones