Datazione al radiocarbonio - Tecnica di datazione affidabile ma incompresa
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La datazione al radiocarbonio è una delle tecniche di datazione archeologica più conosciute a disposizione degli scienziati e molte persone del 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 da alcuni suoi studenti dell'Università di Chicago: nel 1960, vinse 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 per quanto tempo è morto un oggetto organico, sia che sia nel contesto o meno. Timido di un timbro data su un oggetto, è ancora la migliore e più accurata delle tecniche di datazione ideate.
Come funziona il radiocarbonio?
Tutti gli esseri viventi scambiano il gas Carbon 14 (C14) con l'atmosfera che li circonda: animali e piante scambiano Carbon 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.
Anelli e radiocarbonio
C'è un problema, comunque. Il carbonio nell'atmosfera fluttua con la forza del campo magnetico terrestre e dell'attività solare. Devi sapere com'era il livello di carbonio atmosferico (il "serbatoio" del radiocarbonio) al momento della morte di un organismo, al fine di poter calcolare quanto tempo è trascorso dalla morte dell'organismo. Ciò di cui hai bisogno è un righello, una mappa affidabile per il serbatoio: in altre parole, un insieme organico di oggetti su cui puoi fissare in modo sicuro una data, misurare il suo contenuto di C14 e quindi stabilire il serbatoio di base in un determinato anno.
Fortunatamente, abbiamo un oggetto organico che traccia annualmente il carbonio nell'atmosfera: gli 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 +/-.
La ricerca di calibrazioni
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 sono stati depositati annualmente e contengono materiali organici, coralli oceanici profondi, speleotemi (depositi di caverne) e tephras vulcanici; ma ci sono problemi con ciascuno di questi metodi. le varchi hanno il potenziale per includere il carbonio del suolo vecchio e ci sono problemi non ancora risolti con quantità fluttuanti di C14 nei coralli oceanici.
A partire dagli anni '90, una coalizione di ricercatori guidata da Paula J. Reimer del CHRONO Center for Climate, the Environment and Chronology, presso la Queen's University di Belfast, ha iniziato a costruire un ampio set di dati e uno strumento di calibrazione che hanno inizialmente chiamato CALIB. Da quel momento, CALIB, ora ribattezzato IntCal, è stato perfezionato più volte: al momento della stesura di questo documento (gennaio 2017), il programma è ora chiamato IntCal13. IntCal combina e rafforza i dati di anelli degli alberi, nuclei di ghiaccio, tephra, coralli e speleotemi per elaborare un set di calibrazione notevolmente migliorato per le date c14 tra 12.000 e 50.000 anni fa. Le ultime curve sono state ratificate alla 21a Conferenza internazionale sul radiocarbonio nel luglio 2012.
Lago Suigetsu, Giappone
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 sia buono, e forse migliore di, campioni di campioni dalla calotta glaciale 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 fare correlazioni dirette tra altri record climatici chiave, consentendo a ricercatori come Reimer di calibrare finemente le date del radiocarbonio tra 12.500 e il limite pratico di datazione c14 di 52.800.
Costanti e limiti
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 prove che durante il Youngas Dryas (12.550-12.900 cal. BP) si è verificato un arresto o almeno una ripida riduzione della formazione delle acque profonde del Nord Atlantico, che era sicuramente un riflesso del cambiamento climatico; dovevano buttare via i dati per quel periodo dal Nord Atlantico e usare un set di dati diverso. Dovremmo vedere alcuni risultati interessanti nel prossimo futuro.
Fonti e ulteriori informazioni
- Bronk Ramsey C, Staff RA, Bryant CL, Brock F, Kitagawa H, Van der Plicht J, Schlolaut G, Marshall MH, Brauer A, Lamb HF et al. 2012. Un record completo di radiocarbonio terrestre per 11.2 a 52.8 kyr B.P. Scienza 338: 370-374.
- Reimer PJ. 2012. Scienza dell'atmosfera. Affinamento della scala temporale del radiocarbonio. Scienza 338 (6105): 337-338.
- Reimer PJ, Bard E, Bayliss A, Beck JW, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck CE, Cheng H, Edwards RL, Friedrich M et al ... 2013. IntCal13 e Marine13 Curve di calibrazione dell'età del radiocarbonio 0-50.000 anni cal BP. Radiocarbonio 55 (4): 1869-1887.
- Reimer P, Baillie M, Bard E, Bayliss A, Beck J, Blackwell PG, Bronk Ramsey C, Buck C, Burr G, Edwards R et al. 2009. IntCal09 e Marine09 curve di calibrazione dell'età del radiocarbonio, 0-50.000 anni cal. BP. Radiocarbonio 51 (4): 1111-1150.
- Stuiver M e Reimer PJ. 1993. Base di dati C14 estesa e programma di calibrazione dell'età Calib 3.0 c14 rivisto. Radiocarbonio 35 (1): 215-230.
