La datazione col radiocarbonio

Tempo assoluto e tempo relativo

Quando si parla di datazioni bisogna innanzitutto distinguere tra due grandi tipologie: le datazioni assolute e quelle relative, le prime sono le analisi che ci permettono di stabilire una data (o un range di date) numerico; le seconde invece forniscono un rapporto di anteriorità, posteriorità e contemporaneità.

Facciamo un esempio:
Paolo compra un libro, sul frontespizio c’è scritto: “stampato nell’agosto 2013”. Il libro è del 2013, questa è una datazione assoluta. Nell’introduzione del libro l’autore ci fa sapere che questa è la sua seconda pubblicazione, e che il primo libro è stato pubblicato due anni prima. Questa è una datazione relativa, la data di pubblicazione del primo libro è relazionata con un rapporto di anteriorità a quella del secondo, a priori quindi non sappiamo quando è stato pubblicato, ci servono altre informazioni.

Cos’è il C14?vikings_final-adapt-352-1

Il carbonio-14 (chiamato C14 o radiocarbonio) è un isotopo instabile del carbonio, è cioè un atomo di carbonio che nel nucleo invece di avere 6 neutroni e 6 protoni, contiene 8 neutroni e 6 protoni; possiede quindi le medesime proprietà chimiche ma ha diverse proprietà fisiche.

Questo atomo si forma nell’alta atmosfera: i raggi cosmici che arrivano sulla Terra colpiscono le molecole di azoto-14 e sostituiscono un protone con un neutrone. Il carbonio successivamente reagisce con l’ossigeno e forma molecole di CO2, in questa forma viene assimilato dalle piante, gli animali mangiano le piante, noi mangiamo gli animali (e le piante) e così il radiocarbonio entra nel nostro organismo. Questo isotopo non è molto comune, si trova in percentuali piccolissime, ma sufficienti perché lo si possa misurare. Ogni anno in atmosfera si produce più o meno sempre la stessa quantità di C14, possiamo dire che la sua presenza sia costante negli esseri viventi: finché mangiamo, respiriamo, viviamo, il nostro corpo contiene una quantità costante di questo isotopo. Quando però un organismo non scambia più materia con l’ambiente circostante, ovvero quando muore, i suoi atomi di C14 iniziano piano piano a decadere: in 5700 anni la metà di essi è tornata ad essere azoto, dopo 11400 anni ne è rimasto solo un quarto, e così via.

Come si data col radiocarbonio?

Abbiamo detto che la quantità di questo isotopo è costante nell’ambiente e che quindi lo è anche negli esseri viventi finché sono in vita, sappiamo anche in quanto tempo il carbonio-14 decade. Quello che si fa a questo punto è prelevare un campione dal reperto e contare attraverso una spettrometria di massa – ovvero un’analisi che ci permette di contare quanti atomi con un certo peso ci sono – la quantità di C14 presente nel reperto, possiamo così calcolare quanto tempo è passato dalla morte dell’organismo.

Limiti di questa tecnica

Questa tecnica non ci permette ovviamente di datare tutto quanto, innanzi tutto possiamo applicarla solo a materiale organico: materiale che è stato vivente o che proviene da esseri viventi come stoffe naturali, carta, legno, ossa… Abbiamo detto che quantità di carbonio-14 prodotte ogni anno sono pressoché costanti, in realtà non è proprio così, ci sono delle piccole variazioni che fanno oscillare i risultati delle datazioni e di cui si deve tener conto. L’immissione di anidride carbonica proveniente da combustibili fossili immette in atmosfera una grande quantità di Carbonio-12 (il fratello leggero del radiocarbonio) così il rapporto tra i due viene falsato e tutti gli oggetti dal periodo industriale in poi non possono essere datati con questa tecnica. Infine andando troppo indietro nel tempo le quantità di questo isotopo nei reperti sono troppo basse e noi non riusciamo nemmeno a vederle, possiamo arrivare fino a 50.000 anni fa.

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Le indagini della chimica

Dimmi di cosa sei fatto e ti dico da dove vieni

Una delle cose che più mi ha colpito durante i miei recenti studi è stata rendermi conto di come un materiale che all’apparenza possa sembrare identico ad un altro in realtà mostri delle sottili differenze che ad occhio nudo non sono per nulla percepibili, per esempio le ceramiche. Prendiamo due vasi, provenienti da posti diversi e osserviamoli, potremmo notare magari che cambiano le decorazioni, la forma, le dimensioni; ma se prendiamo un frammento da entrambi e facciamo un confronto non penso che sapremmo distinguere uno dall’altro.

Facciamo un passo indietro: prendiamo una cartina in mano e immaginiamo due miniere, una a Milano e una a Palermo, da entrambe estraiamo argilla ma è inevitabile che quese non siano perfettamente identiche. Le miniere sono cresciute in tempi geologici differenti, a diverse condizioni, magari una è stata allagata da un fiume che ha portato con sé sostanze molto diverse “contaminandola”. Insomma una storia diversa ha fatto sì che si formassero argille diverse, che hanno le medesime proprietà, ma qualcosa che ci permette di distinguerle. Quelle caratteristiche che  variano sono chiamate elementi in traccia, ovvero elementi che non cambiano le proprietà dell’argilla e che si trovano in piccolissime percentuali. Ma come facciamo a capire quali elementi in traccia ci sono e in che quantità? Ecco che entra in gioco la chimica.

Per analizzare gli elementi in traccia si usano alcune tecniche tra cui le spettroscopie: la Spettroscopia in Fiamma, al Plasma o al Fornetto di Grafite; queste tecniche sfruttano il calore di una fiamma, di un plasma o di un piccolissimo forno (grande circa 2cm) per scaldare una piccola quantità di campione che inizia a inviare tanti deboli segnali. Ogni atomo infatti, se eccitato nel modo corretto, emette una precisa energia che siamo in grado di raccogliere e analizzare; l’altro grande vantaggio è che questi segnali sono quasi unici, quindi selezionandoli nel modo corretto possiamo capire cosa c’è e quanto ce n’è; e infine distinguere così la provenienza di un campione dall’altro.

Capire la da dove viene un oggetto, come un vaso, può essere molto utile e darci molte informazioni. Perché quel vaso si trova lì? Magari c’era una linea commerciale che collegava già al tempo le due città? Ma se commerciavano vuol dire che comunicavano, si conoscevano; se da Palermo sono arrivati a Milano allora almeno una delle due città doveva conoscere la navigazione… Tante altre domande iniziano a sorgere, tante domande che cercano altrettante risposte. Ecco che abbiamo fatto un nuovo passo verso la comprensione di un popolo del passato.