0016. Cosa sono le datazioni con il Carbonio?

 Come avvengono le datazioni con il carbonio? (Anonimo)

Sulla Terra si trovano in natura tre isotopi del carbonio, indicati con ¹²C e ¹³C, stabili, che sono la quasi totalità del carbonio, e l'isotopo ¹⁴C, instabile o radioattivo, di cui esiste un atomo ogni mille miliardi di quelli stabili. Tutti gli organismi viventi incorporano l'anidride carbonica dell'atmosfera, sia direttamente con la fotosintesi sia attraverso la catena alimentare. Le percentuali degli isotopi del carbonio nei loro corpi sono perciò le stesse presenti nell'ambiente durante la loro vita. I processi metabolici cessano con la morte dell' organismo, e la componente di ¹⁴C, che decade trasformandosi in azoto, comincia a diminuire. Dopo circa 6000 anni resterà solo la metà degli atomi iniziali di ¹⁴C , dopo altri seimila ne resterà un quarto, e così via dimezzandosi ogni 6000 anni (per la precisione, il tempo di dimezzamento è 5730 anni). La datazione con il ¹⁴C consiste quindi essenzialmente nella misura della frazione del ¹⁴C rispetto al ¹²C o ¹³C (si chiama rapporto isotopico ¹⁴C/¹²C oppure ¹⁴C/¹³C). Poichè gli isotopi sono indistinguibili chimicamente, si sono sviluppate due tecniche che misurano il rapporto isotopico del carbonio estratto dal campione: il conteggio in fase gassosa (o liquida), e la spettrometria di massa atomica.

La prima tecnica conta i decadimenti spontanei del ¹⁴C nel campione da datare: poichè i decadimenti sono rari, occorre almeno un grammo di carbonio e decine di ore di conteggio per avere una misura dell' età con elevata precisione (+/- 15 anni). Il decadimento di un ¹⁴C produce un raggio beta (cioè un elettrone veloce) che viene rivelato dalla scarica elettrica innescata nel gas di un contatore geiger (conteggio in fase gassosa), oppure è contato da un fotorivelatore che vede lampo di luce prodotto in un liquido scintillante (conteggio in fase liquida). Il gas o il liquido usato sono composti del carbonio sintetizzati proprio partendo dal carbonio da analizzare.

Questa è la tecnica che fu usata da W. F. Libby , lo scopritore del metodo di datazione con i radionuclidi,  ; che per questi studi fu insignito del premio Nobel per la chimica nel 1960.

La seconda tecnica conta direttamente il ¹⁴C del campione, senza dover attendere alcun decadimento, quindi la misura è più veloce e può essere fatta con campioni anche solo di un milligrammo. Lo spettrometro di massa atomica è uno strumento usato da molti decenni nella fisica nucleare: lo stadio iniziale (sorgente) produce un fascio di ioni di carbonio che vengono quindi accelerati attraverso una differenza di potenziale di alcuni MeV ovvero milioni di Volt (acceleratore) e infine selezionati attraverso campi elettrici e magnetici che li separano in base alla massa atomica. Il fascio che prosegue fino al pozzo di spegnimento contiene un solo tipo di atomo (¹²C, ¹³C o ¹⁴C). Il pozzo è un dispositivo che misura la corrente e da questa si risale al numero di atomi del fascio. Sintonizzando il filtro si contano successivamente le tre specie isotopiche e si ottengono i loro rapporti; la misura del rapporto ¹³C/¹²C, che è conosciuta e deve essere costante, permette di tenere sotto controllo il funzionamento dello spettrometro, mentre i rapporti ¹⁴C/¹²C o ¹⁴C/¹³C danno l età del campione. La semplice relazione tra il rapporto isotopico ¹⁴C/¹²C e l età del campione è basata sull'ipotesi che in passato la percentuale di ¹⁴C in atmosfera sia stata la stessa che misuriamo oggi. In realtà dalla datazione di campioni di età nota si è visto che ci sono state fluttuazioni in eccesso di circa il 5%, legate ai cicli di più intensa attività solare. Per i campioni più antichi questo causerebbe un 'ringiovanimentò di centinaia di anni, perciò è necessario usare una tabella di correzione che tiene conto dell'eccesso originario di ¹⁴C. Ulteriori e più piccole correzioni possono essere applicate per tener conto di specifiche condizioni ambientali (per esempio, le acque glaciali hanno un ridotto ¹⁴C/¹²C perchè lo scioglimento dei ghiacciai vecchi di milioni di anni apporta solo ¹²C e ¹³C all'oceano)

Piero Patteri - Fisico