La capacità di datare con precisione, o identificare l’età di un oggetto, può insegnarci quando si è formata la Terra, aiutarci a rivelare i climi del passato e dirci come vivevano i primi uomini. Ma come fanno gli scienziati?
La datazione al radiocarbonio è di gran lunga il metodo più comune, secondo gli esperti. Questo metodo comporta la misurazione di quantità di carbonio-14, un isotopo radioattivo del carbonio – o una versione di un atomo con un diverso numero di neutroni. Il carbonio-14 è onnipresente nell’ambiente. Dopo che si è formato in alto nell’atmosfera, le piante lo respirano e gli animali lo espirano, ha detto Thomas Higham, un archeologo e specialista di datazione al radiocarbonio presso l’Università di Oxford in Inghilterra.
“Tutto ciò che è vivo lo assorbe”, ha detto Higham a Live Science.
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Mentre la forma più comune di carbonio ha sei neutroni, il carbonio-14 ne ha due in più. Questo rende l’isotopo più pesante e molto meno stabile della forma più comune di carbonio. Così, dopo migliaia di anni, il carbonio-14 alla fine si rompe. Uno dei suoi neutroni si divide in un protone e un elettrone. Mentre l’elettrone fugge, il protone rimane parte dell’atomo. Con un neutrone in meno e un protone in più, l’isotopo decade in azoto.
Quando gli esseri viventi muoiono, smettono di assumere carbonio-14 e la quantità che rimane nel loro corpo inizia il lento processo di decadimento radioattivo. Gli scienziati sanno quanto tempo impiega la metà di una data quantità di carbonio-14 a decadere – una lunghezza di tempo chiamata emivita. Questo permette loro di misurare l’età di un pezzo di materia organica – che sia la pelle o lo scheletro di un animale, la cenere o l’anello di un albero – misurando il rapporto tra carbonio-14 e carbonio-12 rimasto in esso e confrontando quella quantità con l’emivita del carbonio-14.
L’emivita del carbonio-14 è di 5.730 anni, il che lo rende ideale per gli scienziati che vogliono studiare gli ultimi 50.000 anni di storia. “Questo copre fondamentalmente la parte davvero interessante della storia umana”, ha detto Higham, “le origini dell’agricoltura, lo sviluppo delle civiltà: Tutte queste cose sono accadute nel periodo del radiocarbonio”.
Tuttavia, gli oggetti più vecchi hanno perso più del 99% del loro carbonio-14, lasciando troppo poco da rilevare, ha detto Brendan Culleton, un assistente professore di ricerca nel laboratorio di radiocarbonio della Pennsylvania State University. Per gli oggetti più vecchi, gli scienziati non usano il carbonio-14 come misura dell’età. Invece, spesso guardano agli isotopi radioattivi di altri elementi presenti nell’ambiente.
Per gli oggetti più antichi del mondo, la datazione uranio-torio-piombo è il metodo più utile. “Lo usiamo per datare la Terra”, ha detto Higham. Mentre la datazione al radiocarbonio è utile solo per i materiali che una volta erano vivi, gli scienziati possono usare la datazione uranio-torio-piombo per misurare l’età di oggetti come le rocce. In questo metodo, gli scienziati misurano la quantità di una varietà di diversi isotopi radioattivi, che decadono tutti in forme stabili di piombo. Queste catene separate di decadimento iniziano con la scomposizione di uranio-238, uranio-235 e torio-232.
“L’uranio e il torio sono isotopi così grandi che scoppiano. Sono sempre instabili”, ha detto Tammy Rittenour, un geologo della Utah State University. Questi “isotopi genitori” si scompongono ciascuno in una cascata diversa di radioisotopi prima di finire come piombo. Ognuno di questi isotopi ha un’emivita diversa, che va da giorni a miliardi di anni, secondo l’Environmental Protection Agency. Proprio come la datazione al radiocarbonio, gli scienziati calcolano i rapporti tra questi isotopi, confrontandoli con le loro rispettive emivite. Usando questo metodo, gli scienziati sono stati in grado di datare la roccia più antica mai scoperta, un cristallo di zircone di 4,4 miliardi di anni trovato in Australia.
Infine, un altro metodo di datazione dice agli scienziati non quanto è vecchio un oggetto, ma quando è stato esposto per l’ultima volta al calore o alla luce del sole. Questo metodo, chiamato datazione a luminescenza, è favorito dai geo-scienziati che studiano i cambiamenti nei paesaggi negli ultimi milioni di anni – possono usarlo per scoprire quando un ghiacciaio si è formato o ritirato, depositando rocce su una valle; o quando un’alluvione ha scaricato sedimenti su un bacino fluviale, ha detto Rittenour a Live Science
Quando i minerali in queste rocce e sedimenti sono sepolti, diventano esposti alla radiazione emessa dai sedimenti intorno a loro. Questa radiazione spinge gli elettroni fuori dai loro atomi. Alcuni degli elettroni ricadono negli atomi, ma altri rimangono bloccati in buchi o altri difetti nella rete altrimenti densa di atomi che li circonda. Ci vuole una seconda esposizione al calore o alla luce del sole per riportare questi elettroni nella loro posizione originale. Questo è esattamente quello che fanno gli scienziati. Espongono un campione alla luce, e quando gli elettroni ricadono negli atomi, emettono calore e luce, o un segnale luminescente.
“Più a lungo l’oggetto è sepolto, più radiazioni ha subito”, ha detto Rittenour. In sostanza, gli oggetti sepolti da molto tempo ed esposti a molte radiazioni avranno un’enorme quantità di elettroni messi fuori posto, che insieme emetteranno una luce brillante quando torneranno nei loro atomi, ha detto. Pertanto, la quantità di segnale luminescente dice agli scienziati per quanto tempo l’oggetto è stato sepolto.
La datazione degli oggetti non è importante solo per capire l’età del mondo e come vivevano gli uomini antichi. Gli scienziati forensi la usano per risolvere i crimini, dall’omicidio alla falsificazione dell’arte. La datazione al radiocarbonio può dirci per quanto tempo è stato invecchiato un vino pregiato o un whisky, e quindi se è stato falsificato, ha detto Higham. “C’è tutta una serie di applicazioni diverse.”
Originariamente pubblicato su Live Science.
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