La datazione è il modo per dare una data ai fatti geologici e biologici del passato.
La datazione dei fatti del passato è possibile con la dendrocronologia fino a 8.000 anni fa, la radiometria fino a 50.000 anni fa, la luminescenza stimolata otticamente anteriormente a 50.000 anni fa, le stalagmiti entro i 500.000 anni, varvometria fino a 1,8 milioni anni.
La Dendrocronometria
La datazione con la dendrocronometria o dendrocronologia consente di datare l’età delle piante contando gli anelli di accrescimento degli alberi, consente anche di cogliere le condizioni ambientali in cui le piante sono cresciute.
Ogni anno l’albero produce un anello primaverile spesso e più sottile in estate. L’anello è tipico delle conifere e meno delle latifoglie.
Negli anni climaticamente favorevoli gli anelli sono più spessi degli anni sfavorevoli, gli anni sfavorevoli sono freddi o siccitosi, oppure testimoniano attacchi di malattie o di frane.
Lo studio degli anelli viene eseguito su carotaggio del tronco dell’albero scelto. L’albero scelto può essere vivo, ma anche morto o sub fossile, come i tronchi che si ritrovano nei fondali di laghi o fiumi.
Gli alberi vivi vengono scelti all’interno di foreste rade, perché in quelle fitte si fan ombra l’un l’altro. Si escludono gli alberi sui sentieri, ma quelli all’interno del bosco, per evitare manomissioni umane nel passato.
Per studiare episodi di siccità del passato si va in zone aride dove non piove, come il mediterraneo e aree monsoniche. Per studiare la temperatura del passato si va nelle zone fredde come la Siberia o le Alpi.
Le piú antiche sequoie giganti nell’ovest del nord America hanno diametro di 9 metri e 3220 anni di vita. Il pino longevo è la pianta vivente più antica e supera i 5000 anni. Incrociando le datazione con pini antichi morti si riesce ad andare indietro di 8800 anni. Questo intervallo di tempo é usato per studiare i cambiamenti climatici del nord America. La data dendrometrica è precisissima e serve per verificare precedenti datazione con il carbonio 14.
La datazione climatica degli alberi d’alta montagna danno informazioni sulle temperature ma non sulle precipitazioni.
Ovviamente la crescita degli alberi è diversa per specie, epoca e luogo. Sono stati ricostruiti migliaia di varianti per specie epoca e luogo, per cui oggi dato un campione di legno, si può ricostruire non solo la data, ma anche il luogo di provenienza.
La conoscenza del luogo e della data di un manufatto di legno diventa fondamentale negli studi archeologici, o per esempio per l’attribuzione di paternità di un dipinto.
La sclerocronologia
La sclerocronologia dei gusci di vongola ci informa sulle correnti marine, la temperatura dell’acqua, interazione oceano atmosfera di 1400 anni. La vongola vive fino a 500 anni e sul guscio si osservano gli anelli di accrescimento.
Il Carotaggio dei ghiacci
Il carotaggio dei ghiacci ci permette di andare molto indietro nel tempo, non è una datazione precisa ma nell’Antartide giunge fino a 2,7 milioni di anni.
La Radiometria
La datazione radiometrica è possibile, perché esistono gli isotopi instabili che lentamente nel tempo si trasformano in forme atomiche più stabili attraverso il fenomeno del decadimento radioattivo.
La radiometria è affidabile perché si conosce con precisione il tempo necessario per il decadimento.
Il decadimento è il tempo necessario per cui metà della quantità di isotopo iniziale si trasforma in un altro atomo.
Gli isotopi dell’uranio e del piombo
Se devo datare le rocce antiche miliardi di anni cerco i rapporti di Uranio e Piombo:
Si cerca l’isotopo 238 dell’uranio che sappiamo impiegare 4,5 miliardi di anni per divenire piombo. Ma non tutto l’ U-238 iniziale si trasforma in piombo ma solo la metà: quindi dopo 4,5 Ga troveremo parti uguali di U-238 e Pb-206.
Se in una roccia troviamo una parte di U-238 e una parte di Pb-206 sono passati 4,5 Ga;
dopo altri 4.5 Ga, cioè dopo 9 Ga, troviamo 0,5 U-238 e 1,5 Pb-206;
dopo altri 4.5 Ga, cioè dopo 13,5 Ga, troviamo 0,25 U-238 e 1,75 Pb-206.
Gli isotopi del carbonio
Se la datazione è inferiore hai 50.000 anni si può far uso degli isotopi del carbonio.
Per datare il materiale organico come fossili vegetali o animali si usa il carbonio 14.
Il C-14 ha un dimezzamento breve di 5.370 anni.
Qual’è l’origine del carbonio 14 ?
Il C-14 deriva dall’azoto atmosferico. L’azoto ha 7 protoni e 7 neutroni quindi la sua massa è 14.
Nell’alta atmosfera i raggi cosmici bombardano l’azoto N-14, l’azoto perde un protone che si trasforma in un neutrone.
L’atomo da 7 protoni diventa da 6 protoni, cioè l’azoto diventa carbonio, inoltre i 7 neutroni diventano 8, per cui il nuovo atomo di carbonio ha massa 6 + 8 = 14, è il C-14.
Il C-14 si combina con l’ossigeno per formare l’anidride carbonica CO2.
L’anidride carbonica viene assorbita con la fotosintesi delle piante, e da queste passa agli animali che si cibano di esse.
L’accumulo di C-14 avviene finché l’animale si alimenta, cioè finché l’animale è in vita. Quando l’animale o la pianta muoiono incomincia il decadimento del C-14 in C-12.
Misurando il rapporto tra C-14 e C-12 è possibile determinare l’età del decadimento e quindi del fossile.
Difficoltà del metodo C-14/C-12
La datazione al carbonio 14 è affidabile solo se il carbonio nell’atmosfera è costante, purtroppo non è così.
Il rapporto C14/c12 diminuisce
Infatti con la rivoluzione industriale iniziata nell’ottocento la quantità di carbonio, come CO2, è aumentata sensibilmente. Il carbonio 14 formatosi nell’atmosfera è venuto a diluirsi sempre più nel carbonio 12 proveniente dai carburanti fossili.
Il rapporto C14/c12 aumenta
Al contrario dalle bombe atomiche di Hiroshima e quelle successive sperimentali, è andato aumentando il radiocarbonio 14.
Incostanza dei raggi cosmici
Il C14 deriva dall’impatto coi raggi cosmici, che però non sono costanti.
Calibrazione del C14 con la dendrocronologia
Questi fatti rende la datazione con il C14 non precisa, per cui la dendrologia è fondamentale per calibrare le date. Ammettiamo di avere una pianta di 5730 anni, dovremmo osservare che il suo midollo centrale contiene la metà del C14 degli anelli più esterni. Misurando il C14 dei diversi anelli, potremmo anche stimare le variazioni di C14 nel tempo.
Il C-14 atmosferico è determinato dall’attività solare e dalla magnetosfera che ci protegge dal vento solare.
Il campionamento per il C14
La datazione al radiocarbonio risente molto di eventuali contaminazioni di carbonio successivo al campione, ad esempio in una mummia egizia le bende risultano 1.000 anni più giovani delle ossa. Il campione più affidabile è quello preso sottoterra.
La Luminescenza stimolata otticamente
La datazione con il carbonio 14 è attendibile fino a 50.000 anni fa. Per datazioni anteriori si usa la luminescenza stimolata otticamente OSL, che sfruttando i grani di quarzo, rivela l’ultima volta che i fossili vennero esposti al sole.
La Stalagmitocronologia
La Stalagmitocronologia si basa sulla tecnica uranio-torio.
L’uranio è solubile in acqua, ma il bario non lo è.
L’Uranio 234 ha una emivita di 245.000 anni e diventa torio-230.
Il Torio-230 decade a sua volta con una emivita di 75.380 anni diventa Radio-226 e poi questo in 1602 anni Radon-222: catena di decadimento.
L’acqua piovana scende in profondità nel terreno e porta con sè uranio ma non il bario.
L’uranio in parti per milione o per miliardo accompagna il calcio carbonato che si deposita formando stalagmiti e stalattiti.
Studiando i rapporti fra questi elementi radioattivi si riesce a dare una data.
La datazione uranio-torio è attendibile entro 500.000 anni.
La datazione uranio-torio è ottima sul carbonato di calcio precipitato, come nelle stalagmiti, nel travertino e nei calcari lacustri, ma non sul calcio carbonato organico, cioè ossa e conchiglie.
Le stalagmiti di Uamh an Tartair ci rivelano il clima della Scozia degli ultimi 3.000 anni o il collasso dei Maya avvenuto nell’anno mille.
La Varvometria
La datazione varvometrica è la misurazione dei sedimenti che si depositano in coppie chiare e scure, chiare grossolane e scure fini, in prossimità dei laghi.
Il conteggio delle varve permette di datare episodi fino a 1,8 milioni di anni fa.