Datazioni

Si tratta dell’applicazione più ampiamente riconosciuta di questo radioisotopo. Le prime datazioni radiocarboniche vennero effettuate a partire dal 1950 in seguito alla scoperta del metodo da parte di un team di ricercatori dell’Università di Chicago diretti da Willard Libby, che per questo ricevette il premio Nobel nel 1960. La geniale idea di Libby si basava sui seguenti presupposti:

• la frazione di 14_{C nell’atmosfera è costante ed è rimasta inalterata durante i passati millenni}

• la frazione di 14

C nelle riserve acquatiche è la stessa di quella atmosferica • la frazione di 14

C negli esseri viventi è la stessa di quella atmosferica a causa dello scambio di carbonio attraverso la fotosintesi, la respirazione e la catena alimentare

Nonostante col passare del tempo ci si sia resi conto che tali presupposti erano veri solo in prima approssimazione, la comunità scientifica ha elaborato metodologie sperimentali supportate da opportune modalità di calcolo e correzione dei dati sperimentali cronologici ottenuti sperimentalmente mediante protocolli condivisi e soggetti a test di qualità molto rigorosi sviluppando così un approccio omogeneo alla determinazione delle datazioni. Venne così introdotta la prima “datazione radiocarbonica convenzionale” (CRA) basata sulle assunzioni sopra citate

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ASTM International. 2012. Method D6866 – 12: Determining the Biobased Content of Solid, Liquid, and Gaseous Samples Using Radiocarbon Analysis. West Conshohocken: ASTM International.

12 _{UNI CEN/TS 15747 – Combustibili solidi secondari: Metodi per la determinazione del contenuto di biomassa in base} al 14C

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[Stuiver e Polach, 1977]. I risultati progressivamente raccolti hanno messo tuttavia in luce le seguenti problematiche:

• la frazione di 14_{C nell’atmosfera ha subito vistose fluttuazioni durante i passati millenni;}

• la frazione di 14_{C nelle “riserve” acquatiche si discosta da quello terreste (“effetto serbatoio”);}

• la velocità con cui il 14

C decade (t1/2 = 5730 anni) è leggermente diversa da quella calcolato da Libby (t1/2 = 5568 anni) ed usata per la datazione radiocarbonica convenzionale.

Si procede quindi in un secondo momento alla correzione dei suddetti errori sistematici apportando i fattori correttivi necessari alla valutazione del frazionamento isotopico e dell’effetto serbatoio nel caso di reperti provenienti da riserve acquatiche. La CRA viene poi sottoposta ad una calibrazione, al fine di ottenere la data “reale” di calendario, confrontando la datazione convenzionale con curve di calibrazione ottenute datando reperti di epoca nota documentata in modo indipendente, ma sicuro e ricostruibile. Ciò consente di effettuare la cosiddetta “calibrazione” della datazione al radiocarbonio con materiali carboniosi di origine biogenica applicabili in differenti intervalli temporali.

Utilizzando legno ricavato da tronchi datati mediante dendrocronologia, sono state infatti costruite curve di calibrazione per gli ultimi 11 mila anni. Basandosi invece sulla crescita annuale dei coralli, ci si è potuti spingere fino a circa 24 mila anni fa; ancora più in là (circa 45 mila anni) si può arrivare grazie ai depositi laminari lacustri (varve).

La dendrocronologia rappresenta comunque l’approccio più affidabile14 e si basa sullo studio degli “anelli” di accrescimento degli alberi: nelle zone dove c’è forte variazione stagionale, durante le stagioni calde gli alberi creano, sotto la corteccia, un anello spesso intorno a quello (più sottile e scuro) dovuto al blocco della crescita (a volte accompagnato da parziale necrosi dei tessuti) durante l’inverno. Quando si taglia un albero, si vedono più o meno chiaramente gli anelli di crescita, che ci permettono di analizzare le fluttuazioni climatiche stagionali ed inter-annuali (per ogni specie, l’anello di crescita è tanto più spesso quanto più calda e umida è stata l’estate) negli anni precedenti, nonché di stabilire l’età dell’albero al momento del taglio, semplicemente contando gli anelli. Poiché gli spessori e le caratteristiche degli anelli, per una certa specie arborea, non sono uguali, ma variano di anno in anno, sovrapponendo le sequenze comuni a due alberi di età diversa, ma contemporanei, è possibile normalizzare il dato cronologico ampliando adeguatamente l’arco temporale rappresentato dalle due sequenze dendrocronologiche parzialmente sovrapposte. Il metodo dendrocronologico è applicabile non solo a trochi d’albero appositamente tagliati allo scopo, ma anche a manufatti archeologici di origine arborea come travi, pali più o meno antichi, comprese le palificazioni preistoriche, ricostruendo, per alcune zone e per alcune specie arboree, una serie dendrocronologica continua che si estende per gli ultimi 7-11 mila anni [Baillie et al., 2009; Leavitt et al., 2009].

Le curve di calibrazione vengono continuamente aggiornate ed implementate con i set di dati disponibili da misurazioni di 14C in anelli di alberi, macrofossili, speleotemi, coralli, foraminiferi. Le curve più recenti (IntCal13, SHcal13 e Marine13) rappresentano le riserve atmosferiche a medie latitudini nell’emisfero nord e sud ed un ipotetica riserva marina globale che serve come baseline

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La correzione è fondamentale in epoca moderna quando si sono verificate le maggiori perturbazioni antropogeniche al radiocarbonio ossia l’effetto Suess e le attività nucleari belliche ed energetiche

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per le variazioni regionali oceaniche [Reimer et al., 2013]. La curva di calibrazione dell’emisfero nord risulta ben definita da misurazioni dendrocronologiche fino a 13900 anni BP ed estesa fino al limite di datazione mediante dati da misurazioni radiometriche di macrofossili provenienti dal lago Suigetsu in Giappone. Altre porzioni di curva i cui dati atmosferici risultavano scarsi o estremamente variabili o in disaccordo con i cambiamenti del ciclo globale del carbonio, sono state integrate con dati da varve o datazioni U-Th di coralli e speleotemi che, seppur non rappresentando una misura diretta del 14C atmosferico, forniscono informazioni utili all’integrazione della curva [Reimer et al., 2013].

Mediante la calibrazione, la CRA espressa in anni BP (Before Present, calcolati a ritroso a partire dal 1950) viene quindi convertita nella reale data di calendario, espressa normalmente come range di anni BC (Before Christ = Avanti Cristo) o AD (Anno Domini = Dopo Cristo). La data calibrata è da considerarsi la miglior stima della data “vera” ed è quella che si deve prendere in considerazione per trarre conclusioni storiche.

Le curve di calibrazione, come si può notare in Fig.15, purtroppo non hanno un andamento continuo, ma procedono a “denti di sega”, per cui, ad una datazione radiocarbonica convenzionale, possono corrispondere più datazioni di calendario (calibrate): in alcuni casi sono le sole considerazioni storiche a guidare l’interpretazione dei risultati e a far scegliere un data piuttosto che un’altra. La datazione calibrata viene quindi espressa come un intervallo di date di calendario entro il quale la data “vera” ha una certa probabilità di cadere; generalmente la data accettata è quella riferita ad un intervallo di confidenza del 95%. Si può quindi affermare che la calibrazione in generale riduce la precisione della misura, aumentandone tuttavia notevolmente l’accuratezza.

Si riporta a titolo di esempio emblematico di tutte le datazioni 14C che hanno avuto enormi ripercussioni nei diversi ambiti delle scienze in primo luogo, ma anche in ambito storico e religioso, i risultati della datazione della Sindone di Torino, mediati su più misure effettuate in tre differenti laboratori (Arizona, Oxford e Zurigo) tra quelli principalmente accreditati internazionalmente nelle misure di radiocarbonio. La data radiocarbonica convenzionale di 691 ± 31 anni BP interpolata alla curva di calibrazione fornisce due possibili intervalli di date calibrate pari a 1262 – 1312 anni AD (primo range) e 1353 – 1384 anni AD (secondo range). Al di là di tutte le polemiche di carattere culturale e religioso sorte intorno a questa datazione, la Sindone di Torino risulta con una probabilità del 95% un reperto datato in periodo medioevale tra il 1260 ed il 1390 [Damon et al., 1989].

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Figura 15. Curva di calibrazione IntCal13 relativa al periodo 10-27 kBP (a) e 27-50 kBP (b) [Reimer et al., 2013]

Il livello di riproducibilità della tecnica è, come si vede dai dati riportati in Tab.6, estremamente elevato. Il caso della Sindone è emblematico in quanto le implicazioni di carattere religioso-etico- sociale del caso hanno fatto sì che questa datazione sia stata sottoposta a critiche molto accese. È interessante notare, però, che solo in un primo momento queste critiche abbiano riguardato la tecnica del radiocarbonio in quanto tale e la competenza dei laboratori, per poi spostarsi a fattori esterni alla tecnica stessa. L’obiezione più consistente che è sopravvissuta riguarda la tecnica di campionamento, che potrebbe non aver tenuto conto dei restauri effettuati dopo l’incendio del 1532 così come dei rammendi fatte dalle suore di Chambery nel 1534. A questa se ne aggiungono altre molto fantasiose, ma sempre estranee alla validità della tecnica del radiocarbonio come l’ipotesi di un arricchimento di 14C della fibra di lino per effetto combinato dell’alta temperatura raggiunta dal telo nell’incendio del 1532 e del contatto del metallo d’argento della cassa che lo conteneva, oppure quella recentissima di Carpinteri che, sulla base della sua controversa teoria sulle reazioni piezonucleari, ipotizza la produzione aggiuntiva di radiocarbonio in situ dovuta al flusso neutronico causato dal terremoto, riportato da Giuseppe di Arimatea, che si verificò in occasione della morte del Cristo [Carpinteri et al., 2014].

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Laboratorio Campione n. 1 Campione n. 2 Campione n. 3 Campione n. 4

Tucson 646 ±31 927 ±32 1995 ±46 722 ±43

Oxford 750 ±30 940 ±30 1980 ±35 755 ±30

Zurigo 676 ±24 941 ±23 1940 ±30 685 ±34

Tabella 6. Risultati delle datazioni effettuate da tre differenti laboratori sui medesimi campioni (Campione 1: lino della sindone di Torino; Campione 2: lino trovato in una tomba della Nubia del XII secolo d.c.; Campione 3: tessuto di lino trovato nella tomba di Cleopatra del II secolo d.c.; Campione 4: lino della veste di S. Luigi d’Angiò risalente al

1290-1310 d.c.)

Dopo il caso della Sindone tra i laboratori di radiocarbonio si è diffuso di fatto un codice di comportamento che mira ad evitare l’applicazione delle tecniche scientifiche di datazione agli oggetti di culto, non tanto e non solo per non essere imprigionati in polemiche senza fine, quanto per una presa d’atto dell’incommensurabilità dei diversi approcci.

La datazione di reperti e oggetti antichi ha comunque avuto, ed ha tuttora, un’importanza enorme in archeologia e geologia, ma anche nel settore delle scienze oceaniche e ambientali e delle ricostruzioni paleo climatiche [Bronk Ramsey, 2008].