Ma tu, quanti anni hai?

Andando in giro per il Museo Civico di Storia Naturale di Milano, mi è capitato di sentir parlare di datazione dei fossili e, alla fatidica domanda: “Come si datano i fossili?” , cosa ho sentito rispondere? Con il carbonio!!!

Ormai siamo abituati a questa risposta, allora cerchiamo di capire come funziona e su cosa si basa questo metodo di datazione e se è vero che può essere utile per datare i fossili.

Esistono molti metodi per datare i reperti del passato, cioè tecniche basate sugli isotopi, tecniche di esposizione a radiazioni, scala delle inversione magnetiche, recemizzazione degli amminoacidi, idratazione dell’ossidiana, dendrocronologia e lichenometria. Parlerò solo del primo, perché forse è il più famoso e discusso di tutti. Ma prima facciamo un passo indietro di qualche anno.

All’inizio del 20° secolo uno scienziato inglese, Soddy, scoprì che gli atomi di un particolare elemento non sono necessariamente identici, ma possono esistere in più varietà, che egli chiamo “isotopi”. La chimica si occupa delle variazioni della disposizione degli elettroni in un atomo mentre la fisica studia le variazioni del nucleo e il passo successivo di Soddy fu, essendo le proprietà chimiche di due isotopi identiche, stabilire che le differenze tra gli isotopi dovevano risiedere nel nucleo atomico. Un nucleo è composto da protoni e neutroni ed essendo il numero di protoni di un atomo uguale a quello degli elettroni che lo “circondano”, la differenza fra due isotopi doveva risultare in effetti come differenza di neutroni.
Nel 1913, Soddy espresse quest’idea in modo chiaro e la sviluppò ulteriormente, sostenendo che un atomo, quando emette una particella alfa, si trasforma in un elemento situato due posti più indietro nell’elenco degli elementi, mentre, quando emette una particella beta, si trasforma in un elemento situato un posto più in avanti. Su questa base, il radiotorio doveva effettivamente rientrare nella casella del torio, e altrettanto dovevano fare le sostanze che erano state denominate “uranio X1” e “uranio Y”, essendo tutte e tre delle varietà dell’elemento 90. Analogamente, il radio D, il radio B, il torio B e l’attinio B dovevano rientrare tutti nella casella del piombo, in quanto varietà dell’elemento 82. Ai membri di un gruppo di sostanze che occupano una stessa casella nella tavola periodica, Soddy diede il nome di “isotopi” (dalle parole greche che significano «stessa posizione»); Soddy ricevette il premio Nobel per la chimica nel 1921.

L’elemento più noto, dagli anni ’40 in poi, è l’uranio, che ha 92 elettroni e quindi 92 protoni. Ma il suo “peso atomico” è 238 quindi esso deve avere 146 neutroni (92+146=238). Un fisico canadese, Dempster, scoprì che il peso atomico dell’uranio non era precisamente un numero intero e si mise alla ricerca di un isotopo di quell’elemento. Trovò infatti una varietà di uranio con 143 neutroni, che fu chiamato U235. Nel 1919 uno scienziato inglese, Aston, inventò uno strumento per misurare la massa degli atomi, lo spettrografo di massa.
Egli scoprì che il peso atomico del neon era 20,2, quindi ne dedusse che l’elemento era costituito da due o più isotopi. Il neon esiste infatti in tre forme: il neon 20 (909 atomi ogni 1000 totali di neon), che è la forma stabile, il neon 21 (2 su 1000) e il neon 22 (88 su 1000). Queste ultime due sono forme radioattive dell’elemento neon e quindi sono chiamate radioisotopi. Alcuni elementi però esistono in natura in una sola forma e hanno un numero di massa intero : fluoro, sodio, alluminio, fosforo, cobalto, oro, etc. Di questi elementi è possibile ricavare un radioisotopo aggiungendo neutroni al nucleo tramite gli acceleratori di particelle.

Ma torniamo al carbonio. Il carbonio è presente in natura come carbonio 12 (6 protoni e 6 neutroni): visto che tra gli elementi leggeri c’è solo un isotopo stabile per numero atomico, gli scienziati ipotizzarono che ottenendo il carbonio 14, esso sarebbe stato instabile (l’azoto 14, 7 protoni e 7 neutroni, è stabile). Negli anni ’40 si riuscì ad ottenere un quantitativo sufficiente di carbonio 14 da studiare e si scoprì che esso, emettendo particelle beta, diminuiva della metà la propria quantità in 5730 anni. Questo è appunto detto tempo di dimezzamento e da allora il metodo del carbonio 14 fu usato per datare oggetti antichi. Questo metodo si basa sul disequilibrio tra atomi di carbonio 12 e di carbonio 14 presenti in un organismo dopo la morte. Il carbonio 14 si forma in seguito alla collisione fra particelle che provengono dallo spazio e atomi di azoto presenti nell’atmosfera. Da vivi piante e animali presentano quantità costanti di carbonio 12 e di carbonio 14, ma dopo la morte gli atomi di carbonio 14 iniziano a diminuire tramutandosi in atomi di azoto 14. La velocità con cui essi decadono è nota e perciò, confrontando il livello di carbonio 14 con il numero totale di carbonio presenti nei resti, è possibile calcolare il tempo trascorso dal decesso.

Fino alla fine degli anni Settanta lo si poteva utilizzare solo per datare eventi compresi entro gli ultimi quaranta-cinquantamila anni; tuttavia, l’introduzione, anche in questo caso, di tecniche analitiche più sofisticate ha esteso il campo di impiego di questo “orologio”: in alcuni casi si può arrivare fino a eventi di sessantamila anni fa. Si trattò di un importante passo avanti, perché, a quel punto, i geologi potevano datare, per esempio, molti fenomeni dell’Epoca Glaciale che prima non potevano essere datati con precisione.

Ma Eduard Bard, del Centre Européen de recherche et d’Enseignement en Géosciences de l’Environment del Cnrs francese, ritiene che, per andare oltre i 24 mila anni fa, l’orologio vada ricalibrato. Infatti, la curva del rapporto C-14/C-12 accettata dagli scienziati si basa su un rapporto che è simile a quello attuale. Mentre i rilevamenti indicano che il ciclo del carbonio ha subito grosse modifiche nei 45 mila anni che sono trascorsi fino a oggi. L’idea che ci siano rapporti costanti tra C-14 e C-12 sembra quindi errata e appare chiaro che questo parametro vari nel tempo. Lo dimostrerebbero i sedimenti marini e le stalagmiti glaciali risalenti a 35–40 mila anni fa presi in Groenlandia, dai quali sembra emergere che il rapporto tra C-14 e C-12 era allora su livelli molto più elevati rispetto a quelli di oggi. Dati che comunque non sono definitivi, anche perché uno studio condotto in Giappone sui sedimenti del Lago Suigetsu sembra invece dire che il rapporto era molto simile a quello odierno.

Per illustrare le implicazioni di queste ricerche, Bard prende in esame dei graffiti preistorici, rappresentanti animali selvaggi disegnati dagli uomini di Cro Magnon, recentemente scoperti nel Sud della Francia nelle grotte di Chauvet. I carboncini usati per realizzare i disegni sono stati datati con un spettrometro acceleratore di massa. Ora in base al rapporto C-14/C-12 individuato in Groenlandia risalirebbero a 38 mila anni fa, mentre applicando il rapporto usato dai giapponesi risalirebbero a 33 mila anni fa. Secondo Bard, è ancora presto per dire quale dei due sistemi di datazione sia il più corretto, anche se conclude l’articolo sbilanciandosi a favore del metodo giapponese.

Io ritengo che si possa dire che il metodo del C14 va benissimo per datazioni fino a 7.000 anni e più ci si allontana da questo limite, più si rischia di fare errori.
Se il tutto vi lascia grossi dubbi, vi rimando alla letteratura specializzata. Spero almeno sia chiaro che nessun osso di dinosauro (i più recenti hanno circa 65.000.000 di anni) o nessuna roccia antica o recente che sia verranno datati col carbonio.
Se questo articolo non vi basta, procuratevi un libro di Geologia generale qualsiasi e scervellatevi pure …e probabilmente non vi basterà nemmeno quello!

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