Settant'anni fa, il chimico americano Willard Libby ideò un metodo ingegnoso per la datazione di materiali organici. La sua tecnica, nota come datazione al carbonio, ha rivoluzionato il campo dell'archeologia.
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Ora i ricercatori hanno potuto calcolare con precisione l'età di qualsiasi oggetto fatto di materiali organici osservando la quantità di una certa forma di carbonio rimasta, e quindi calcolando all'indietro per determinare quando la pianta o l'animale da cui proveniva il materiale era morto. Questa tecnica, che ha vinto il Premio Nobel Libby nel 1960, ha permesso ai ricercatori di datare tatuaggi su antiche mummie, stabilire che una biblioteca britannica conteneva uno dei più antichi Corani del mondo e capire che la maggior parte dell'avorio trafficato proviene da elefanti uccisi negli ultimi tre anni.
Oggi, la quantità di anidride carbonica che l'uomo sta pompando nell'atmosfera terrestre sta minacciando di distorcere l'accuratezza di questa tecnica per i futuri archeologi che guardano ai nostri tempi. Questo perché oggi i combustibili fossili possono spostare l'era del radiocarbonio di nuovi materiali organici, rendendoli difficili da distinguere da quelli antichi. Per fortuna, la ricerca pubblicata ieri sulla rivista Environmental Research Letters offre un modo per salvare il lavoro di Libby e rivitalizzare questa cruciale tecnica di datazione: basta guardare un altro isotopo del carbonio.
Un isotopo è una forma di un elemento con un certo numero di neutroni, che sono le particelle subatomiche trovate nel nucleo di un atomo che non hanno carica. Mentre il numero di protoni ed elettroni in un atomo determina quale sia l'elemento, il numero di neutroni può variare ampiamente tra diversi atomi dello stesso elemento. Quasi il 99 percento di tutto il carbonio sulla Terra è Carbon-12, il che significa che ogni atomo ha 12 neutroni nel suo nucleo. La maglietta che indossi, l'anidride carbonica che inspiri e gli animali e le piante che mangi sono tutti formati principalmente da Carbon-12.
Il carbonio-12 è un isotopo stabile, il che significa che la sua quantità in qualsiasi materiale rimane lo stesso anno dopo anno, secolo dopo secolo. La rivoluzionaria tecnica di datazione al radiocarbonio di Libby ha invece osservato un isotopo di carbonio molto più raro: Carbon-14. A differenza del Carbon-12, questo isotopo del carbonio è instabile e i suoi atomi si decompongono in un isotopo di azoto per un periodo di migliaia di anni. Il nuovo Carbon-14 viene prodotto ad un ritmo costante nell'atmosfera superiore della Terra, tuttavia, quando i raggi del Sole colpiscono gli atomi di azoto.
La datazione al radiocarbonio sfrutta questo contrasto tra un isotopo di carbonio stabile e instabile. Durante la sua vita, una pianta assorbe costantemente carbonio dall'atmosfera attraverso la fotosintesi. Gli animali, a loro volta, consumano questo carbonio quando mangiano le piante e il carbonio si diffonde attraverso il ciclo alimentare. Questo carbonio comprende un rapporto costante di carbonio-12 e carbonio-14.
Quando queste piante e questi animali muoiono, cessano di assorbire carbonio. Da quel momento in poi, la quantità di Carbon-14 nei materiali lasciati dalla pianta o dall'animale diminuirà nel tempo, mentre la quantità di Carbon-12 rimarrà invariata. Per datare il radiocarbonio con un materiale organico, uno scienziato può misurare il rapporto tra il restante Carbon-14 e il Carbon-12 invariato per vedere quanto tempo è trascorso dalla morte della fonte del materiale. L'avanzata tecnologia ha permesso alla datazione al radiocarbonio di diventare precisi entro pochi decenni in molti casi.
La datazione al carbonio è un modo geniale per gli archeologi di sfruttare i modi naturali in cui gli atomi si decompongono. Sfortunatamente, gli umani sono sul punto di rovinare le cose.
Il processo lento e costante della creazione di Carbon-14 nella parte alta dell'atmosfera è stato sminuito nei secoli passati da umani che hanno sparso carbonio dai combustibili fossili nell'aria. Poiché i combustibili fossili hanno milioni di anni, non contengono più alcuna quantità misurabile di carbonio-14. Pertanto, poiché milioni di tonnellate di carbonio-12 vengono spinte nell'atmosfera, il rapporto costante di questi due isotopi viene interrotto. In uno studio pubblicato lo scorso anno, il fisico dell'Imperial College di Londra Heather Graven ha sottolineato come queste emissioni extra di carbonio altereranno la datazione al radiocarbonio.
Entro il 2050, nuovi campioni di materiale organico sembreranno avere la stessa data di radiocarbonio dei campioni di 1.000 anni fa, afferma Peter Köhler, autore principale del nuovo studio e fisico presso l'Istituto Alfred Wegener per la ricerca polare e marina. Le continue emissioni di anidride carbonica derivanti dalla combustione di combustibili fossili modificheranno ulteriormente i rapporti. "Tra un paio di decenni, non saremo in grado di distinguere se qualsiasi età di radiocarbonio che usciremo o il carbonio potrebbe essere dal passato o dal futuro", afferma Köhler.
Ispirato dalla ricerca di Graven, Köhler rivolse la sua attenzione all'altro isotopo di carbonio stabile presente in natura: Carbon-13. Sebbene il Carbon-13 comprenda poco più dell'1 percento dell'atmosfera terrestre, durante la fotosintesi le piante assorbono i suoi atomi più grandi e pesanti a una velocità molto più bassa rispetto al Carbon-12. Quindi il carbonio-13 si trova a livelli molto bassi nei combustibili fossili prodotti dalle piante e dagli animali che li mangiano. In altre parole, bruciare questi combustibili fossili riduce anche i livelli atmosferici di Carbon-13.
Misurando se questi livelli di Carbon-13 sono inclinati in un oggetto datato al radiocarbonio, i futuri scienziati sarebbero in grado di sapere se i livelli di Carbon-14 dell'oggetto sono stati distorti dalle emissioni di combustibili fossili. Un livello inferiore al previsto di Carbon-13 in un oggetto servirebbe da bandiera rossa per cui la sua data al radiocarbonio non poteva essere considerata attendibile. I ricercatori potrebbero quindi ignorare la data e provare altri metodi di datazione dell'oggetto.
"Si vede chiaramente che se si ha un effetto sul Carbon-14 che ti darebbe una firma dell'età piuttosto problematica, si avrà anche questa firma in Carbon-13", ha detto Köhler. "Pertanto, è possibile utilizzare Carbon-13 per distinguere se il radiocarbonio è interessato e quindi sbagliato o se non lo è."
Köhler ammette che la sua tecnica non funzionerebbe con i materiali recuperati dalle aree oceaniche profonde dove il carbonio è lento a scambiare con il resto dell'atmosfera, ma ritiene che aiuterà i futuri archeologi a risolvere i resti della nostra era inquinante.
Il paleoclimatologo della Queen's University Paula Reimer sottolinea che spesso la misurazione del carbonio-13 non sarà necessaria, dal momento che gli archeologi di solito possono usare lo strato sedimentario in cui è stato trovato un oggetto per ricontrollare la sua età. Ma per gli oggetti trovati in aree in cui gli strati terrestri non sono chiari o non possono essere adeguatamente datati, questa tecnica potrebbe servire da controllo extra. Il lavoro di Köhler "fornisce alcune rassicurazioni sul fatto che [la datazione al radiocarbonio] rimarrà utile per singoli campioni in futuro", afferma Reimer.
Nota del redattore: questo articolo è stato aggiornato per includere l'affiliazione di Peter Köhler.
