PROBLEMATICHE CONNESSE AI METODI DI DATAZIONE ASSOLUTI
Il legno della barca funeraria rinvenuta nella tomba del
faraone Sesostri III è stato datato al 1670 a.E.V.
Il durame di una sequoia gigantesca della California, che
quando fu abbattuta nel 1874 aveva 2.905 cerchi annuali, è stato datato
al 760 a.E.V.
Le fasce di lino in cui erano avvolti i rotoli del Mar
Morto, i quali dallo stile della scrittura sono stati datati al primo o
al secondo secolo a.E.V., dalla misurazione del contenuto di
radiocarbonio risultano avere 1.900 anni.
Un pezzo di legno trovato sul monte Ararat, e che secondo
alcuni potrebbe provenire dall’arca di Noè, secondo le prove data
solo dal 700 E.V.: un legno vecchio senz’altro, ma non abbastanza
vecchio da risalire a prima del Diluvio.
Sandali di corda intrecciata rinvenuti in una grotta
dell’Oregon fra la pomice, una roccia vulcanica, avrebbero 9.000 anni.
La carne di un piccolo mammut, rimasto congelato per
migliaia d’anni in Siberia, avrebbe 40.000 anni.
Sono
attendibili queste date?
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Errori
nel
metodo
del
radiocarbonio
Il metodo del radiocarbonio sembrò molto semplice e
chiaro allorché ne fu fatta la prima dimostrazione, ma ora si sa che è
soggetto a molti tipi di errori. Dopo avere usato per una ventina
d’anni questo metodo, fu tenuta nel 1969 una conferenza a Uppsala, in
Svezia, per prendere in esame la cronologia ottenuta col radiocarbonio e
altri relativi metodi di datazione. Dalle conversazioni fatte tra i
chimici che si servono del metodo e gli archeologi e i geologi che ne
usano i risultati emersero una dozzina di difetti che potrebbero
invalidare le date. Nei 17 anni trascorsi da allora, si è fatto poco
per rimediare a queste limitazioni.
Un problema seccante è sempre stato quello di essere
certi che il campione esaminato non sia stato contaminato, né da
carbonio recente (vivo) né da carbonio antico (morto). Ad esempio, un
pezzo di durame di un vecchio albero potrebbe contenere linfa viva. Se
invece è stato estratto con un solvente organico (fatto con petrolio
[morto]), nella porzione analizzata potrebbe essere rimasta una traccia
del solvente. Nel carbone di legna sepolto da molto tempo potrebbero
essere penetrate piccole radici di piante viventi. O potrebbe essere
stato contaminato da bitume molto più vecchio e difficile da togliere.
Sono stati trovati crostacei vivi con carbonato proveniente da minerali
rimasti sepolti a lungo o da acqua che sale dal fondo dell’oceano
dov’era stata per migliaia d’anni. Cose del genere possono far
apparire un campione più vecchio o più giovane di quanto non sia in
realtà.
La limitazione più grave della teoria della datazione
col radiocarbonio sta nel presupposto che il livello del carbonio 14
dell’atmosfera sia sempre stato com’è ora. Quel livello dipende, in
primo luogo, dalla velocità a cui è prodotto dai raggi cosmici. A
volte l’intensità dei raggi cosmici varia in notevole misura, essendo
fortemente influenzata da fluttuazioni nel campo magnetico terrestre.
Tempeste magnetiche sul sole accrescono talora di mille volte, per poche
ore, la quantità dei raggi cosmici. Il campo magnetico terrestre è
stato sia più debole che più forte nei millenni passati. E
dall’esplosione delle bombe nucleari, il livello mondiale di carbonio
14 è sensibilmente aumentato.
Anche la quantità di carbonio stabile presente
nell’aria influisce su questa concentrazione. Le grandi eruzioni
vulcaniche accrescono sensibilmente la quantità di anidride carbonica
stabile, diluendo così il radiocarbonio. Nel secolo scorso l’uomo ha
accresciuto in maniera permanente la quantità di anidride carbonica
dell’atmosfera bruciando in misura senza precedenti combustibili
fossili, specie carbone e petrolio.
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E
riconteggio
diretto
del
carbonio
14?
Un recente sviluppo della datazione col radiocarbonio è
un metodo per contare non solo i raggi beta emessi dagli atomi che
decadono, ma tutti gli atomi di carbonio 14 presenti in un piccolo
campione. Questo metodo è particolarmente utile nella datazione di
esemplari molto antichi nei quali rimane solo una piccola frazione del
carbonio 14. Su un milione di atomi di carbonio 14, solo uno, in media,
decadrà ogni tre giorni. Per questo motivo, nell’analizzare campioni
antichi, è molto noioso accumulare abbastanza conteggi per distinguere
la radioattività dalla radiazione di fondo, i raggi cosmici.
Se però possiamo contare ora tutti gli atomi di carbonio
14, senza aspettare che decadano, possiamo aumentare la sensibilità di
un milione di volte. Lo si fa deflettendo in un campo magnetico un
fascio di atomi di carbonio carichi positivamente per separare il
carbonio 14 dal carbonio 12. Il carbonio 12, più leggero, è costretto
a seguire un percorso circolare più stretto, mentre il carbonio 14, più
pesante, entra attraverso una fenditura in un contatore.
Questo metodo, benché più complicato e più costoso del
metodo del conteggio dei raggi beta, ha il vantaggio che la quantità di
materiale necessario per l’analisi è mille volte inferiore. Si
prospetta la possibilità di datare manoscritti antichi e rari e altri
manufatti di cui non si può proprio avere un campione di diversi
grammi, perché nell’analisi andrebbe distrutto. Ora questi oggetti
possono essere datati con un campione di qualche milligrammo.
In ogni caso, i tentativi di estendere gli intervalli di
tempo hanno poco significato finché i problemi più grandi restano
insoluti. Più antico è il campione, più è difficile assicurare la
completa assenza di leggere tracce di carbonio recente. E più cerchiamo
di andare oltre le poche migliaia di anni riguardo a cui abbiamo date
attendibili, meno sappiamo del livello atmosferico del carbonio 14 in
quei tempi antichi.
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Troppe incertezze nella racemizzazione
La curva di decadimento è simile a quella di un elemento
radioattivo. Ciascun amminoacido ha la propria caratteristica velocità
di decadimento proprio come l’uranio decade più lentamente del
potassio. Si noti però questa importante differenza: le velocità di
decadimento radioattivo non risentono della temperatura, mentre la
racemizzazione, essendo una reazione chimica, dipende in misura notevole
dalla temperatura.
Tra le applicazioni del metodo della racemizzazione a cui
si è fatta più pubblicità vi è stato il suo impiego per datare i
resti di scheletri umani trovati lungo la costa della California. Uno,
chiamato uomo Del Mar, avrebbe in base a questo metodo 48.000 anni. Un
altro, lo scheletro di una femmina trovato in scavi effettuati vicino a
Sunnyvale, sembra averne ancora di più, niente meno che 70.000 anni!
Queste età hanno messo in subbuglio non solo la stampa ma specie i
paleontologi, perché nessuno aveva mai creduto che nell’America del
Nord ci fosse l’uomo da tanto tempo. Si cominciarono a fare delle
supposizioni circa la possibilità che dall’Asia gli uomini avessero
attraversato lo stretto di Bering ben centomila anni fa. Quanto sono
sicure, comunque, le date ottenute con questo nuovo metodo?
Per rispondere a questa domanda sono state fatte analisi
con un metodo radiometrico su prodotti intermedi di decadimento fra
l’uranio e il piombo che hanno periodi di dimezzamento adatti per
questo intervallo di tempo. L’età ottenuta per lo scheletro di Del
Mar era di 11.000 anni e solo di 8.000 o 9.000 anni per quello di
Sunnyvale. Qualcosa non andava.
La cosa più incerta nel metodo della racemizzazione è
che la storia termica dei campioni è sconosciuta. Come abbiamo detto,
la velocità di racemizzazione è molto sensibile alla temperatura. Se
quest’ultima aumenta di 14° centigradi, la reazione avviene dieci
volte più in fretta. Come si fa a sapere a quali temperature possono
essere state esposte le ossa in un passato così lontano? Per quante
estati sono rimaste allo scoperto sotto il caldo sole californiano? O
non potrebbero anche essere state in un fuoco all’aperto o in un
incendio nella foresta? Oltre alla temperatura, è stato riscontrato che
altri fattori influiscono notevolmente sulla velocità di racemizzazione,
come il pH (grado di acidità). Un rapporto dice: “Gli amminoacidi
contenuti nei sedimenti hanno una velocità di racemizzazione iniziale
di quasi un ordine di grandezza (dieci volte) maggiore della velocità
osservata negli amminoacidi liberi con un pH e una temperatura
simili”.
E non finisce tutto qui. Uno delle ossa di Sunnyvale è
stato esaminato col metodo del radiocarbonio, sia contando le particelle
beta degli atomi che decadevano sia con il più recente metodo di
conteggio degli atomi. Approssimativamente i valori ottenuti erano
concordi. La media era di soli 4.400 anni!
A
cosa possiamo credere? È ovvio che alcune delle risposte sono
completamente sbagliate. Dovremmo riporre più fiducia nella datazione
col radiocarbonio, dal momento che si ha più esperienza nell’usare
questo metodo? Anche con esso, diversi campioni dello stesso osso davano
età che oscillavano fra i 3.600 e i 4.800 anni. Forse dovremmo
semplicemente ammettere, usando le parole dello scienziato citato in
precedenza, che “forse sono sbagliate tutte”.
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Quanto
è
sicuro il metodo del piombo?
Supponiamo ora di avere una roccia contenente uranio ma
non piombo e di sigillarla in modo tale che nulla possa uscire da quella
roccia e nulla possa entrarvi. Poi, qualche tempo dopo togliamo il
sigillo e misuriamo la quantità di entrambi gli elementi. Da questo
possiamo stabilire per quanto tempo la roccia è rimasta sigillata. Ad
esempio, se troviamo uguali quantità di piombo e di uranio, sappiamo
che è trascorso un periodo di dimezzamento, vale a dire 4 miliardi e
mezzo di anni. Se riscontriamo che solo l’1 per cento dell’uranio è
decaduto in piombo, possiamo usare la formula matematica della curva per
calcolare che sono passati 65 milioni di anni.
Si noti che non abbiamo bisogno di sapere quanto uranio
c’era nella roccia all’inizio perché non dobbiamo far altro che
misurare la proporzione fra piombo e uranio alla fine del periodo, e
dopo tutto nessuno di noi era presente a misurare alcunché all’inizio
dell’esperimento.
Forse ora pensate che stiamo parlando di periodi di tempo
immensi, di milioni e miliardi di anni. A cosa può servire un orologio
che va così piano? Ebbene, apprendiamo che la terra esiste da alcuni
miliardi di anni e che in alcuni luoghi ci sono rocce che pare siano lì
da buona parte di quel tempo. Quindi i geologi trovano che un orologio
del genere è molto utile per studiare la storia della terra.
Dobbiamo ammettere che il processo di datazione non è
proprio così semplice come l’abbiamo descritto. Abbiamo detto che
all’inizio nella roccia non ci deve essere piombo. Di solito non è
così; c’è un po’ di piombo all’inizio. Pertanto la roccia ha una
certa età iniziale, qualcosa di più dello zero. Siamo anche partiti
dal presupposto che l’uranio fosse attentamente sigillato nella roccia
e che nulla potesse uscirne o entrarvi. A volte può essere così, ma
non sempre. Durante lunghi periodi di tempo, parte del piombo o
dell’uranio potrebbe uscire e finire nelle acque freatiche. O vi
potrebbe entrare altro uranio o piombo, specie se si tratta di roccia
sedimentaria. Per questa ragione il metodo del piombo funziona meglio
con le rocce ignee.
Altre complicazioni sorgono dal fatto che anche un altro
elemento, il torio, il quale può essere presente nel minerale, è
radioattivo e si disintegra lentamente in piombo. Per di più l’uranio
ha un secondo isotopo, che chimicamente è lo stesso ma ha una massa
diversa, il quale decade a diversa velocità, formando anch’esso
piombo. Ciascuno di essi dà luogo a un diverso isotopo del piombo, per
cui abbiamo bisogno non solo di un chimico con le sue provette, ma anche
di un fisico con uno speciale strumento per classificare i vari isotopi,
piombo di massa diversa.
Senza scendere nei particolari a questo riguardo,
possiamo capire che i geologi che usano il metodo del piombo devono
stare attenti a varie trappole se vogliono ottenere un risultato
abbastanza sicuro. Sono lieti di avere altri metodi basati sulla
radioattività per verificare la loro misurazione delle età. Ne sono
stati messi a punto altri due che si possono spesso impiegare con la
stessa roccia.
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Chi ha azzerato l'orologio?
Perché il metodo potassio-argo dia risultati devono
esistere le condizioni illustrate sopra: Il potassio non deve contenere
argo quando si avvia l’“orologio”, ossia quando si forma il
minerale. E il sistema deve rimanere sigillato per tutto quel tempo, non
lasciando fuoriuscire o entrare né potassio né argo.
In pratica come funziona l’“orologio”? A volte
ottimamente, altre volte male. Talora fornisce età molto diverse da
quelle ottenute col metodo del piombo. Di solito sono inferiori; questi
risultati sono attribuiti alla perdita di argo. In altre rocce, però,
le età ottenute con i due metodi sono molto simili.
Fatto interessante, il metodo potassio-argo è stato
usato per datare una roccia che gli astronauti dell’Apollo 15 avevano
portato dalla luna. Usando un frammento di questa roccia, gli scienziati
hanno misurato il potassio e l’argo e hanno determinato che quella
roccia aveva 3 miliardi e 300 milioni di anni.
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