Metodi di datazione

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Metodi di datazione
Con la locuzione “metodi di datazione” si intendono quei metodi che i biologi usano per assegnare un’età ai fossili, alle rocce, ai minerali e ai reperti archeologici. Tali metodi si basano sul fatto che alcune sostanze presenti in natura si trasformano chimicamente e fisicamente nel tempo secondo regole ben precise e con velocità costante.
Il loro sviluppo iniziò nel diciannovesimo secolo ma le conoscenze di cui si disponeva all’epoca consentirono soltanto la formazione di una scala di tempi relativi. Un grandissimo passo avanti fu fatto, nel secolo successivo, dopo la scoperta della radioattività posseduta naturalmente da alcuni minerali che costituiscono le rocce, fatta dal premio Nobel “Pierre Curie” nel 1896.
Lui, facendo svariati esperimenti, capì che alcuni elementi, come il Radio, non sono stabili nel tempo ma si disintegrano naturalmente dando luogo ad altri elementi, quasi uguali, ma con caratteristiche diverse: gli isotopi.
Gli isotopi radioattivi sono sostanze che decadono, ovvero si trasformano nel tempo, naturalmente. Ognuno di essi ha un proprio tasso e tempo di decadimento che lo caratterizzano. La loro radioattività è indicata da quello che è definito “tempo di dimezzamento”, ovvero il tempo necessario affinché la loro attività radioattiva si riduca a metà.
Oggi i metodi di datazione si dividono in due gruppi: metodi che sfruttano il decadimento radioattivo e quelli che si basano sulle proprietà naturali delle sostanze.
Metodi che sfruttano il decadimento radioattivo:
Metodo del Radiocarbonio
Questo metodo, sviluppato nel 1947 dal chimico statunitense Willard Libby, si basa sul principio secondo il quale il livello del Carbonio14 in un organismo vivente si mantiene pari a quello presente nell’atmosfera o nelle parti dinamiche della terra. Dopo la morte dell’organismo il Carbonio14 comincia a decadere con tasso di decadimento noto, senza che sia possibile una reintegrazione di Carbonio nell’atmosfera. Una misura del livello di Carbonio consente quindi il calcolo dell’età dei resti; tuttavia il rapido decadimento del Carbonio fa sì che l’applicazione di questo metodo sia limitata alla datazione di oggetti di circa 50.000 anni, benché con tecniche moderne e sofisticate sia a volte possibile estendere l’intervallo di tempo a circa 70.000 anni.

Metodo Potassio-Argo
Questo metodo si basa sul principio secondo il quale l’isotopo radioattivo Potassio40 decade trasformandosi nel gas inerte Argo40 secondo una velocità nota: un miliardo e 300 anni. Misurando la quantità di Argo40 presente in una roccia se ne ricava l’età di formazione.
Metodo Uranio-Torio-Piombo
Questo metodo si basa sul principio secondo il quale due isotopi radioattivi di Uranio decadono, con tempi diversi secondo una successione di stadi discendenti, trasformandosi uno in Torio e l’altro in Piombo. Tale metodo permette la datazione di reperti appartenenti a un periodo di tempo che va dai 500.0000 ai 50.0000 anni fa.
Metodo delle tracce di fissione
Tale metodo studia le tracce lasciate, in minerali o vetri, dal passaggio di particelle nucleari emesse dalla fissione spontanea di impurità di Uranio238 presenti nei medesimi oggetti. La datazione è determinata calcolando il rapporto tra la densità di tracce di fissione spontanea e quella di tracce di fissione indotta. Ciò permette di datare reperti appartenenti a un periodo di tempo compreso tra i 40.000 e 1.000.000.000 di anni fa.
Metodo Rubidio-Stronzio
Tale metodo si basa sul principio secondo il quale il Rubidio87 decade, in un periodo di 50.000.000.000 anni, in Sronzio87. Generalmente questo metodo è usato per datare minerali e antiche rocce ignee e metamorfiche.
Torio 230
Tale medito è utilizzato per datare sedimenti oceanici che rivolgono a un intervallo di tempo compreso tra 300.000 e 700.000. Infatti l’ Uranio presente nell’ acqua del mare decade in Torio 230 che precipita in sedimenti del fondo. Dalla concentrazione di questo isotopo e dall’analisi dei prodotti del suo decadimento si ricava l’ età del sedimento.
Metodo piombo-α
Utilizzando tale metodo l’età di un reperto è determinata valutando, per via spettrografia, il contenuto totale di piombo e la radioattività α in concentrazione di Zircone e Monolite.
Metodi che sfruttano le proprietà naturali delle sostanze:
Orologio molecolare
Tale metodo si basa sul fatto che alcuni geni di una specie mutano con velocità relativamente costanti. Se si conoscono tali ritmi di mutazione è possibile confrontare i geni di 2 specie viventi e calcolare quanto tempo fa gli organismi appartenenti alle 2 specie avevano un progenitore comune.
Dendrocronologia
Metodo applicabile al passato recente. Si basa sulla misurazione del numero, spessore e densità degli anelli annuali di accrescimento delle piante fossilizzate o non. Ha permesso di datare con precisione eventi e condizioni climatiche degli ultimi 3.000 – 4.000 anni. E’ possibile trarre indicazioni sulle variazioni climatiche basandosi sul
presupposto che i vasi conduttori delle piante si modificano secondo minore o maggiore presenza d’acqua. Inoltre ogni stagione vegetale determina un accrescimento del diametro del fusto con formazione di nuovo tessuto. Non è applicabile ad alberi che vivono in aree senza variazioni stagionali, dove l’accrescimento è costante durante tutto l’anno.
La tecnica utilizzata per stabilire l’età di un albero è quella del corteggio che consiste nel prelevare un tassello di legno corrispondente al raggio del tronco.
Idratazione dell’ossidiana
Tale metodo si basa sulla misurazione dello spessore degli orli di idratazione prodotti dalla diffusione di vapore acqueo nelle superfici scheggiate di manufatti in ossidiana. Applicabile a oggetti di età tra 200 e 200.000 anni. La velocità di accrescimento dello stato di idratazione non è costante e varia nelle ossidiane provenienti da giacimenti diversi e anche in dipendenza delle situazioni climatiche a cui il pezzo è stato esposto.
Racemizzazione di amminoacidi
Applicato dagli anni ’70 permette di datare ossa umane e animali. Si può applicare a reperti stabili fino a 100.000 anni fa. Si basa su un processo naturale, ovvero la racemizzazione, cioè la trasformazione degli amminoacidi presenti in proteine, che sono in tutti gli organismi viventi, a partire dal momento della morte e a velocità costante. Tale velocità è influenzata dal clima. Per avere datazione comparabili tra i siti è necessario determinare la velocità specifica di ciascun sito sottoponendo alcuni campioni ad altri metodi di datazione.
Rapporto tra cationi
Metodo elaborato di recente che permette di datare tagli e incisioni nella roccia. I cationi di alcuni elementi sono più solubili di altri, ovvero scompaiono dalla patina più rapidamente di altri. Tale metodo si basa sulle misurazioni del rapporto tra cationi più solubili con quelli meno solubili. La velocità di diminuzione ha un carattere di regolarità ma non è ovunque uguale. Per avere una datazione assoluta è necessario sottoporre alcuni campioni ad altri metodi.
Archeomagnetico
Tale metodo si basa sul fatto che il campo magnetico terrestre varia continuamente per direzione, verso e intensità. Le variazioni del polo nord magnetico sono note per gli ultimi 400 anni in base a testimonianze storiche, ma è possibile ricostruirle per periodi più antichi sfruttando proprietà dell’argilla cotta. Essa una volta riscaldata a 650°C – 700°C non subisce oltre forti riscaldamenti le particelle di ferro presenti in essa si immobilizzano in direzione e verso che il polo nord magnetico aveva in quel momento conservando anche la specifica intensità. Misurando la magnetizzazione termoresidua di strutture in argilla cotta datate con il radiocarbonio o con altri metodi di datazione assoluta si possono costruire diagrammi delle variazioni del campo magnetico terrestre nel tempo.
Analisi varve
Fu sviluppato in Svezia all’inizio del XX secolo. La varva è un sottile strato di sedimento depositato in un corpo d’acqua nel corso di un anno. Tale analisi si basa sull’alternanza stagionale dei sedimenti deposti in acqua in un anno. Il numero delle varve definisce il tempo di formazione.
Termoluminescenza
Permette di datare la ceramica e alcuni minerali dopo che sono stati sottoposti a riscaldamento prolungato. Le datazioni ottenute misurano il tempo trascorso dal momento in cui l’oggetto è stato sottoposto a riscaldamento. I materiali a struttura cristallina come la ceramica hanno piccole quantità di elementi radioattivi. Questi elementi decadano a velocità costante emettendo radiazioni α, β, γ. Per effetto di tale bombardamento alcuni elettroni si spostano andandosi a fermare nei punti di imperfezione del reticolo cristallino dove il loro numero aumenta col passare del tempo. Il riscaldamento ad almeno 500° C libera gli elettroni che in tale processo emettono luce dando origine al fenomeno della termoluminescenza. Per risalire alla datazione del reperto è necessario:
1) misurare il contenuto di radioattività del reperto riscaldato a 500°C;
2) confrontare la misurazione della luce emessa con la misurazione di prima in modo da calcolare il tempo trascorso dalla cottura.
Può essere applicata a reperti fatti più di 50.000 anni.
Risonanza a spin elettronico
Metodo recente che sfrutta un principio simile a quello della termoluminescenza. Può essere usato per datare ossa, denti, conchiglie e sedimenti calcarei. La dose naturale di radiazione del campione è messa in rapporto con un campione artificiale, posto in un forte campo magnetico esterno. L’ energia assorbita, al variare del campo magnetico, fornisce uno spettro che permette di misurare il numero degli elettroni contenuti in un campione.
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Esempio



  



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