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giovedì 5 novembre 2015

Come Funziona la Datazione al Carbonio-14

Giusto qua avevamo visto che, per stabilire la data di antichi semi, si usava una tecnica chiamata : "datazione al radiocarbonio", detta anche "metodo del carbonio-14".


"Ma come è possibile ricavare l'età di un fossile tramite l'utilizzo del Carbonio-14 ?"








Premessa :


  • Dobbiamo sapere che il carbonio è l'elemento principale di tutti gli essere viventi, non a caso la chimica organica è talvolta denominata anche chimica del carbonio. Quindi le cellule di tutti gli organismi, che siano batteri, alghe, piante, lucertole o uomini, sono costituite da Carbonio unito ad altri elementi, tra cui i principali sono: Azoto, Ossigeno, Idrogeno e Zolfo. 
  • Tutti gli atomi di Carbonio hanno 6 protoni (e 6 elettroni), ma possono avere un numero diverso di neutroni. Gli atomi con lo stesso numero di protoni, ma numero diverso di neutroni si chiamano Isotopi. Gli isotopi, avendo un numero diverso di neutroni, avranno pesi diversi. Quindi il carbonio-12 sarà più leggero del carbonio-14.
  • In natura l'isotopo del carbonio più comune (circa 99%) è il Carbonio-12 (12C), questo è costituito da 6 protoni, 6 elettroni e 6 neutroni, tuttavia esistono anche altri isotopi, tra cui quello del Carbonio-14 (14C) che ha 6 protoni, 6 elettroni e 8 neutroni.
  • Il Carbonio-14, presente in natura in piccolissime quantità (1 ogni mille miliardi di atomi di carbonio), è un isotopo radioattivo, ovvero si trasforma in Azoto (N) con un tempo di dimezzamento di 5700 anni. Se abbiamo 100 atomi di 14C, dopo 5700 anni avremo 50 atomi di 14C e 50 atomi di N.


Riassumendo possiamo dire che in natura esiste una minima parte di carbonio (14C) che pesa di più e, diversamente dal 12C, decade (si trasforma in un altro atomo, azoto), dimezzando la propria quantità ogni 5700 anni.


Questa tecnica ci permette di datare materiali organici di età compresa tra poche centinaia di anni a diverse decine di migliaia di anni (fino 60.000 anni). 



"Ma come funziona la datazione al Carbonio?"



Sebbene il Carbonio-14 decada ad Azoto, la sua concentrazione nell'atmosfera è mantenuta costante, questo perché, nell'alta troposfera e nella stratosfera, tramite un complesso meccanismo fisico, l'azoto è riconvertito a Carbonio-14. Quindi si instaura un equilibrio tra 14C decaduto ad Azoto e Azoto riconvertito in 14C.


Tutti gli essere viventi, fin tanto che sono tali, scambiano in continuazione Carbonio con l'atmosfera.


Quindi le nostre cellule saranno formate prevalentemente da 12C ed in minima parte da 14C, in maniera proporzionale all'abbondanza nell'atmosfera di questi due isotopi.


Quando un organismo muore, esso cessa di scambiare Carbonio con l'atmosfera. Il Carbonio-12 non è radioattivo, quindi non decade e rimane inalterato, il Carbonio-14 invece decade ad Azoto.
Dopo 5700 anni dalla morte ci sarà la stessa quantità di 12C, ma solo metà di 14C (metà si è trasformata in Azoto), dopo altri 5700 anni avremo sempre  la stessa quantità di 12C, ma metà della metà di 14C.


Tramite la spettrometria di massa si può scoprire quanto 14C c'è rispetto al 12C. 
Sapendo la % dei due isotopi nell'atmosfera (e quindi negli esseri viventi) e sapendo il tempo di decadimento del carbonio-14, si può facilmente calcolare l'età della morte dell'organismo in questione.


Per ipotesi se nell'atmosfera ci fosse il 99% di 12C e l'1% di 14C (nella realtà è molto meno dell'1%, uso questo valore per rendere numericamente più intuibile l'esempio) un essere vivente avrebbe le stesse % dei due isotopi nel corpo.
Se ritroviamo un antico fossile e, dall'analisi spettrometrica, verifichiamo che nei suoi resti vi è solo lo 0,5% di 14C, vorrà dire che si è dimezzata la sua percentuale, da qui si risale al fatto che l'organismo in questione ha smesso di scambiare carbonio con l'atmosfera (è morto) 5700 anni fa.