Metodo del carbonio-14

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Il metodo del 14C (carbonio-14), o del radiocarbonio, è un metodo di datazione radiometrica basato sulla misura delle abbondanze relative degli isotopi del carbonio.

Fu ideato e messo a punto tra il 1945 e il 1955 dal chimico statunitense Willard Frank Libby, che per questa scoperta vinse il Premio Nobel nel 1960.

Il metodo del 14C permette di datare materiali di origine organica (ossa, legno, fibre tessili, semi, carboni di legno, ...). Si tratta di una datazione assoluta, vale a dire in anni calendariali, ed è utilizzabile per materiali di età compresa tra i 50.000 e i 100 anni. La sua principale utilizzazione è in archeologia per datare i reperti costituiti da materia organica, quindi contenenti atomi di carbonio.

Principi teorici[modifica | modifica sorgente]

Esempio di datazione. In questo caso, il campione ha una data compresa tra il 575 d.C. (1375BC) e l'821 d.C. (1129BC) con il 95,4% di confidenza

Il carbonio è un elemento chimico fondamentale per la vita e presente in tutte le sostanze organiche. Esso è presente sulla terra in tre isotopi: due stabili (12C e 13C) e uno radioattivo (14C). Quest'ultimo si trasforma per decadimento beta in azoto (14N), con un tempo di dimezzamento medio (o emivita) di 5730 anni, di conseguenza questo isotopo a lungo andare scomparirebbe, se non venisse continuamente reintegrato. La produzione di nuovo 14C avviene regolarmente in natura negli strati alti della troposfera e nella stratosfera, per la cattura di neutroni termici componenti secondari dei raggi cosmici da parte degli atomi di azoto presenti nell'atmosfera. L'equilibrio dinamico che si instaura tra produzione e decadimento radioattivo mantiene quindi costante la concentrazione di 14C nell'atmosfera, dove è presente principalmente legato all'ossigeno sotto forma di anidride carbonica.

Tutti gli organismi viventi che fanno parte del ciclo del carbonio scambiano continuamente carbonio con l'atmosfera attraverso processi di respirazione (animali) o fotosintesi (vegetali), oppure lo assimilano nutrendosi di altri esseri viventi o sostanze organiche. Di conseguenza finché un organismo è vivo, il rapporto tra la sua concentrazione di 14C e quella degli altri due isotopi di carbonio si mantiene costante e uguale a quella che si riscontra nell'atmosfera.

Dopo la morte, però, questi processi terminano e l'organismo non scambia più carbonio con l'esterno. Per effetto del decadimento, quindi, la concentrazione di 14C diminuisce in modo regolare secondo la formula:

c = c_0 \, e^{-\Delta t/\tau}

Dove c_0 è la concentrazione di 14C nell'atmosfera, \Delta t il tempo trascorso dalla morte dell'organismo, \tau la vita media del 14C (pari al tempo di dimezzamento diviso per il logaritmo naturale di 2: 5730/ln 2 = 8267 anni).

Misurando dunque la quantità di 14C presente nei resti organici, se ne ricava l'età applicando la seguente formula:

\Delta t = -\tau \, \mbox{ln}(c/c_0)

Accumuli naturali di carbonio di origine organica con età valutabile alla scala dei tempi geologici, quali i carboni fossili, risultano privi di 14C, essendo questo ormai completamente decaduto in azoto.

Metodologia[modifica | modifica sorgente]

La misura del 14C si può effettuare con due metodi:

  • metodo del contatore proporzionale: con un contatore Geiger o altra apparecchiatura simile si misurano gli elettroni prodotti dal decadimento del 14C nel campione. Questo è stato il primo metodo ad essere impiegato.
  • metodo della spettrometria di massa (AMS, Accelerator Mass Spectrometry): utilizzando uno spettrometro di massa si misura direttamente la concentrazione di 14C presente nel campione. Questo metodo è di applicazione più recente, usato a partire dagli anni settanta.

Rispetto al metodo del contatore proporzionale, il metodo AMS presenta il vantaggio di poter lavorare con campioni più piccoli (anche di pochi milligrammi) e di fornire un risultato in un tempo molto più breve (si possono misurare decine di campioni al giorno, mentre il contatore proporzionale può richiedere anche alcune settimane per un solo campione). Tuttavia presenta anche lo svantaggio di essere un metodo distruttivo: esso richiede infatti che il campione venga bruciato e ridotto in forma gassosa.

Entrambi questi metodi permettono di ottenere datazioni con un margine di errore tra il 2 e il 5% e fino ad un tempo massimo di circa 50000 anni: per campioni più antichi, la concentrazione di 14C è troppo bassa per poter essere misurata con sufficiente accuratezza.

La radiodatazione della Sindone[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Esame del Carbonio 14 sulla Sindone.

Il caso mediatico più celebre di applicazione del metodo del 14C è stato la radiodatazione della Sindone di Torino eseguito in tre laboratori da un'equipe internazionale nel 1988, il cui risultato data la Sindone al periodo compreso tra il 1260 e il 1390.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]