Reperti archeologici di tutto il mondo hanno aiutato i ricercatori a compilare la storia dell'evoluzione e della migrazione umana. Un'informazione essenziale in questa ricerca è l'età dei fossili e dei manufatti. In che modo gli scienziati determinano la loro età? Ecco ulteriori dettagli su alcuni dei metodi utilizzati per datare gli oggetti discussi in "The Great Human Migration" ( Smithsonian, luglio 2008):
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- La grande migrazione umana
Coprolites, Paisley 5 Mile Point Caves, Oregon
Età: ~ 14.300 anni
Metodo: datazione al radiocarbonio
In una grotta in Oregon, gli archeologi hanno trovato ossa, resti di piante e coproliti: feci fossilizzate. Il DNA rimasto nei coproliti indicava la loro origine umana ma non la loro età. Per questo, gli scienziati hanno osservato il carbonio contenuto nell'antico sterco.
Per definizione, ogni atomo di un dato elemento ha un numero specifico di protoni nel suo nucleo. L'elemento carbonio ha sei protoni, per esempio. Ma il numero di neutroni nel nucleo può variare. Queste diverse forme di un elemento, chiamate isotopi, sono intrinsecamente stabili o instabili. Questi ultimi sono chiamati isotopi radioattivi e nel tempo decadono, emettendo particelle (neutroni o protoni) ed energia (radiazione) e quindi si trasformano in un altro isotopo o elemento. Lo fanno a un ritmo costante chiamato "emivita" di un isotopo.
La maggior parte del carbonio si presenta nelle forme stabili di carbonio-12 (sei protoni, sei neutroni) o carbonio-13, ma esiste una quantità molto piccola (circa 0, 0000000001%) come carbonio radioattivo-14 (sei protoni, otto neutroni). Le piante e gli animali viventi assorbono il carbonio-14 insieme agli altri isotopi del carbonio, ma quando muoiono e cessano le loro funzioni metaboliche, smettono di assorbire il carbonio. Nel tempo, il carbonio-14 decade in azoto-14; metà lo farà dopo circa 5.730 anni (questa è l'emivita dell'isotopo). Dopo circa 60.000 anni, tutto il carbonio-14 scomparirà.
Tutto ciò che un tempo faceva parte di un oggetto vivente - come carbone, legno, ossa, polline o coproliti trovati in Oregon - può essere inviato a un laboratorio dove gli scienziati misurano la quantità di carbonio-14 rimasta. Perché sanno quanto ci sarebbe stato nell'atmosfera e, quindi, quanto qualcuno avrebbe assorbito da vivo, possono calcolare quanto tempo è trascorso dalla morte o dalla deposizione. I coproliti avevano una media di circa 14.300 anni e sono alcuni dei più antichi resti umani nelle Americhe.
Teschi ominidi, Herto, Etiopia
Età: ~ 154.000 a 160.000 anni
Metodo: datazione argon-argon
Un gruppo di scienziati che hanno scavato in Etiopia nel 1997 hanno trovato strumenti in pietra, resti fossili di diverse specie animali, tra cui ippopotami e tre teschi ominidi. Quanti anni hanno? I resti organici erano troppo vecchi per la datazione al carbonio-14, quindi il team si è rivolto a un altro metodo.
La datazione al radiocarbonio funziona bene per alcuni reperti archeologici, ma ha dei limiti: può essere usata per datare solo materiali organici con meno di 60.000 anni. Tuttavia, ci sono altri isotopi radioattivi che possono essere usati per datare materiali non organici (come le rocce) e materiali più vecchi (fino a miliardi di anni).
Uno di questi radioisotopi è il potassio-40, che si trova nella roccia vulcanica. Dopo che la roccia vulcanica si raffredda, il suo potassio-40 decade in argon-40 con un'emivita di 1, 25 miliardi di anni. È possibile misurare il rapporto tra potassio-40 e argon-40 e stimare l'età di una roccia, ma questo metodo è impreciso. Tuttavia, negli anni '60 gli scienziati hanno scoperto che potevano irradiare un campione di roccia con neutroni e quindi convertire il potassio-40 in argon-39, un isotopo normalmente non presente in natura e più facile da misurare. Sebbene più intricato, questo processo produce date più precise. Ad esempio, gli scienziati dell'Università della California a Berkeley sono stati in grado di datare campioni dall'eruzione del vulcano Vesuvio del 79 d.C. entro sette anni dall'evento.
Poiché gli ominidi teschi e altri manufatti trovati a Herto non potevano essere datati direttamente - il materiale organico era stato da tempo fossilizzato - i ricercatori hanno invece eseguito le loro analisi sulla roccia vulcanica che era incorporata nell'arenaria vicino ai fossili. La roccia aveva circa 154.000 a 160.000 anni fa, rendendo i teschi il più antico Homo sapiens ancora da trovare.
Pietre ocra incise, Grotta di Blombos, Sudafrica
Età: ~ 77.000 anni
Metodo: datazione a termoluminescenza
Uno scavo di una grotta sul mare in Sudafrica ha rivelato due oggetti chiaramente artificiali: pezzi di pietra ocra incisi con un motivo incrociato. Né le pietre né la roccia in cui furono sepolti erano di origine vulcanica, quindi i ricercatori hanno scelto un altro metodo per determinare la loro età: la termoluminescenza.
Come nella datazione argon-argon, anche l'orologio della termoluminescenza inizia con l'ultima volta che una roccia è stata riscaldata ad alta temperatura. Il calore estremo elimina gli elettroni immagazzinati in alcuni cristalli - come quarzo e feldspato - all'interno della roccia. Nel tempo, i cristalli intrappolano gli elettroni prodotti da tracce di atomi radioattivi presenti nell'ambiente. Riscaldando la roccia, gli scienziati possono rilasciare l'energia immagazzinata, che viene emessa come luce e chiamata "termoluminescenza". L'intensità della luce indica quanto tempo è trascorso dall'ultima volta che la roccia è stata riscaldata.
Come i teschi di Herto, non è stato possibile determinare direttamente l'età delle pietre ocra scolpite della Grotta di Blombos. Tuttavia, nello stesso strato roccioso delle ocra c'erano pezzi di pietra bruciata, che avevano probabilmente la stessa età delle ocra e ideali per la datazione della termoluminescenza. È stato rivelato che la pietra bruciata aveva circa 77.000 anni, il che ha reso le ocra alcuni dei più antichi pezzi di disegno astratto da scoprire.
