Come funziona il metodo di datazione al radiocarbonio ed è affidabile?

La datazione al radiocarbonio è una delle più conosciute tecniche di datazione archeologica a disposizione degli scienziati, e molte persone del grande pubblico ne hanno almeno sentito parlare. Ma ci sono molte idee sbagliate su come funziona il radiocarbonio e su quanto sia affidabile una tecnica.

La datazione al radiocarbonio fu inventata negli anni '50 dal chimico americano Willard F. Libby e alcuni dei suoi studenti all'Università di Chicago: nel 1960, ha vinto un premio Nobel per la chimica per l'invenzione. È stato il primo metodo scientifico assoluto mai inventato: vale a dire, la tecnica è stata la prima a consentire a un ricercatore di determinare quanto tempo fa un oggetto organico è morto, se è in contesto o no. Timido di un timbro data su un oggetto, è ancora la migliore e più accurata delle tecniche di datazione ideate.

Tutti gli esseri viventi si scambiano il gas Carbon 14 (C14) con l'atmosfera che li circonda: animali e piante scambiano carbonio 14 con l'atmosfera, pesci e coralli scambiano carbonio con C14 disciolto nell'acqua. Per tutta la vita di un animale o di una pianta, la quantità di C14 è perfettamente bilanciata con quella dei suoi dintorni. Quando un organismo muore, quell'equilibrio si spezza. Il C14 in un organismo morto decade lentamente a un ritmo noto: la sua "emivita".

L'emivita di un isotopo come il C14 è il tempo impiegato per la sua decadenza: in C14, ogni 5.730 anni, la metà è andata. Quindi, se misuri la quantità di C14 in un organismo morto, puoi capire quanto tempo fa ha smesso di scambiare carbonio con la sua atmosfera. Date circostanze relativamente incontaminate, un laboratorio di radiocarbonio può misurare accuratamente la quantità di radiocarbonio in un organismo morto fino a 50.000 anni fa; dopo ciò, non c'è abbastanza C14 da misurare.

C'è un problema, comunque. Il carbonio nell'atmosfera fluttua con la forza di campo magnetico terrestre e attività solare. Devi sapere com'era il livello di carbonio atmosferico (il "serbatoio" del radiocarbonio) all'epoca della morte di un organismo, al fine di poter calcolare quanto tempo è trascorso dall'organismo morto. Ciò di cui hai bisogno è un righello, una mappa affidabile per il serbatoio: in altre parole, un insieme organico di oggetti che tu può fissare in modo sicuro una data, misurare il suo contenuto di C14 e quindi stabilire il serbatoio di riferimento in un determinato anno.

Fortunatamente, abbiamo un oggetto organico che traccia annualmente il carbonio nell'atmosfera: anelli degli alberi. Gli alberi mantengono l'equilibrio del carbonio 14 nei loro anelli di crescita - e gli alberi producono un anello per ogni anno in cui sono vivi. Sebbene non abbiamo alberi di 50.000 anni, abbiamo anelli di alberi sovrapposti risalenti a 12.594 anni. Quindi, in altre parole, abbiamo un modo abbastanza solido per calibrare le date del radiocarbonio grezzo per gli ultimi 12.594 anni del passato del nostro pianeta.

Ma prima, sono disponibili solo dati frammentari, il che rende molto difficile datare definitivamente qualcosa di più vecchio di 13.000 anni. Sono possibili stime affidabili, ma con grandi fattori +/-.

Come puoi immaginare, gli scienziati hanno cercato di scoprire altri oggetti organici che possono essere datati in modo sicuro dalla scoperta di Libby. Altri set di dati organici esaminati hanno incluso varchi (strati di roccia sedimentaria che venivano depositati annualmente e contengono materiali organici, coralli profondi dell'oceano speleotemi (depositi di caverna) e tephras vulcanici; ma ci sono problemi con ciascuno di questi metodi. I depositi e le varchi delle caverne hanno il potenziale per includere il carbonio del suolo vecchio e ci sono problemi non ancora risolti con quantità variabili di C14 in coralli oceanici.

A partire dagli anni '90, una coalizione di ricercatori guidata da Paula J. Reimer del Centro CHRONO per il clima, l'ambiente e la cronologia, alla Queen's University di Belfast, iniziò a costruire un ampio set di dati e uno strumento di calibrazione che inizialmente chiamarono CALIB. Da quel momento, CALIB, ora ribattezzato IntCal, è stato perfezionato più volte. IntCal combina e rafforza i dati di anelli degli alberi, nuclei di ghiaccio, tephra, coralli e speleotemi per escogitare un set di calibrazione significativamente migliorato per le date c14 tra 12.000 e 50.000 anni fa. Le ultime curve sono state ratificate al 21a conferenza internazionale sul radiocarbonio nel luglio del 2012.

Negli ultimi anni, una nuova potenziale fonte per l'ulteriore raffinamento delle curve del radiocarbonio è il Lago Suigetsu in Giappone. I sedimenti formati annualmente sul lago Suigetsu contengono informazioni dettagliate sui cambiamenti ambientali negli ultimi 50.000 anni, che lo specialista del radiocarbonio PJ Reimer ritiene essere buoni come, e forse meglio, dei core di campionamento il Calotta di ghiaccio della Groenlandia.

Ricercatori Bronk-Ramsay et al. riportare 808 date di AMS basate su variabili di sedimenti misurate da tre diversi laboratori di radiocarbonio. Le date e i corrispondenti cambiamenti ambientali promettono di stabilire correlazioni dirette tra altri dati climatici chiave, permettendo a ricercatori come Reimer di calibrare finemente le date del radiocarbonio tra 12.500 e il limite pratico della datazione c14 di 52,800.

Reimer e colleghi sottolineano che IntCal13 è solo l'ultimo dei set di calibrazione e sono previsti ulteriori perfezionamenti. Ad esempio, nella calibrazione di IntCal09, hanno scoperto le prove che durante il Younger Dryas (12.550-12.900 cal BP), c'era un arresto o almeno una forte riduzione della formazione delle acque profonde del Nord Atlantico, che sicuramente rifletteva i cambiamenti climatici; dovevano buttare via i dati per quel periodo dal Nord Atlantico e usare un set di dati diverso. Ciò dovrebbe produrre risultati interessanti in futuro.

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