Vol. 2° -  I.6.2.
Metodi di datazione assoluti

I metodi di datazione assoluti sono in grado di stabilire, sia pure con un certo grado d’approssimazione, l’età effettiva di un certo reperto.

6.2.a. Metodi Radiometrici

Per lo più i metodi di datazione assoluti sono radiometrici, cioè basati su misure di radioattività residua di rocce e di resti organici e sull’analisi dei prodotti che si formano nel processo di decadimento radioattivo (trasformazione di un elemento radioattivo in un differente elemento stabile per emissione di particelle alfa, beta, gamma etc). Il decadimento è un processo interno ai nuclei atomici e segue un ritmo costante che è caratteristico di ogni specie chimica radioattiva. Il tempo che impiega una certa quantità di un elemento radioattivo a dimezzarsi è detto tempo di dimezzamento o periodo di semitrasformazione. Per esempio, l’uranio -238 (238U) si trasforma in piombo -206 (206Pb) con un tempo di dimezzamento di 4,5 miliardi d’anni. Questo significa che dopo questo tempo 1 g di 238U si è trasformato per metà in 206Pb e che dopo altrettanto tempo saranno rimasti 0,25 g di 238U etc.

Il metodo di determinazione radiometrica consiste nel contare gli atomi di isotopo radioattivo ancora presenti nei minerali della roccia e quelli dell’elemento derivato dall’isotopo. La loro somma ci dà il numero di atomi radioattivi iniziali, presenti nella roccia quando si è formata. Conoscendo il tempo di dimezzamento e la quantità iniziale e finale dell’elemento in questione, mediante opportune formule è possibile calcolare il tempo trascorso da quando la roccia si è formata.

I principali isotopi radioattivi, o radionuclidi, utilizzati per le radiodatazioni sono, oltre a 238U, l’uranio -235, che decade a piombo -207, il torio -232 (232Th) che decade a piombo -208, il rubidio -87 (87Rb) che decade a stronzio -87 (87Sr) e il potassio -40 (40K) che decade ad argo -40 (40Ar).

Tutti questi elementi consentono datazioni per intervalli di tempo superiori a 45.000 anni. Per la determinazione di età relativamente recenti si ricorre a elementi radioattivi di vita breve. Il metodo più usato, specialmente per datare i reperti organici, è quello del radiocarbonio, basato sul decadimento del carbonio -14 (14C) ad azoto -14 (14N).  

Metodi di radiodatazione

radionuclidi

prodotti del decadimento

tempo di dimezzamento

intervallo di tempo in anni
 
valido per la datazione

87Rb

87Sr

1,47·1010

4,5·109¸1010

232Th

208Pb 4He

1,39·1010

4,5·109¸107

238U

206Pb 4He

4,5·109

4,5·109¸107

235U

207Pb 4He

7,1·108

4,5 · 109¸107

40K

40Ar

1,33·109

4,5·109¸104

14C

14N

5,73·103

max 40·103

Il metodo del radiocarbonio fu messo a punto nel 1947 dal fisico statunitense premio Nobel Willard Frank Libby (1908-1980), osservando che l’isotopo carbonio -14 (14C) è prodotto dall’isotopo 14N nell’alta atmosfera sotto il bombardamento dei raggi cosmici. Ciascun atomo di 14N dà un atomo di 14C e un protone. Il 14C Si combina con l’ossigeno per dare biossido di carbonio radioattivo, 14CO2 che raggiunge la superficie della Terra e viene assorbito dalla materia vivente. Quando un animale o una pianta muoiono, il carbonio -14 in essi contenuto si disintegra con un tempo di dimezzamento di 5.730 anni. Con questo metodo è possibile effettuare datazioni fino a un massimo di circa 40.000 anni, anche se con apparecchiature molto sofisticate si può estendere quest’intervallo di tempo a circa 70.000 anni fa. I ritmi di disintegrazione del 14C sono i seguenti: dopo 5.730 anni è ridotto alla metà, dopo altri 5.730 è ridotto a un quarto, e così via. Dunque ogni 5.730 anni il 14C contenuto in un organismo morto si dimezza.

6.2.b. Metodo delle Tracce di Fissione

Il metodo delle tracce di fissione è basato sul rilevamento dei danni provocati alle strutture cristalline da parte delle disintegrazioni radioattive conseguenti alla fissione di 238U. Le impronte dei danni sono messe in evidenza con opportuni procedimenti chimici e vengono contate servendosi del microscopio ottico. Il rapporto tra il numero di tracce di fissione vecchie (cioè già presenti nel campione) e di tracce di fissione nuove (ottenute sottoponendo il campione a un bombardamento con quantità note di 238U) corrisponde al tempo trascorso da quando il minerale subì un certo raffreddamento. L’ampiezza degli intervalli misurabili con questo metodo va da 300.000 a 300 milioni d’anni.

6.2.c. Metodo delle Varve

Il metodo delle varve si basa sull’alternanza stagionale dei sedimenti deposti nei laghi periglaciali. Poiché ciascun strato o varva [1] , composto di un letto chiaro e uno scuro, rappresenta l’intervallo di tempo di un anno, il numero di varve in un deposito ne definisce il tempo di formazione. Con questo metodo, nei depositi glaciali scandinavi e americani sono state datate delle sequenze che risalgono fino a 15.000 anni fa.

6.2.d. Dendrocronologia

La dendrocronologia si basa sulla misura degli anelli annuali di accrescimento delle piante, fossilizzate o non fossilizzate. È possibile trarre indicazioni sulle variazioni climatiche passate basandosi sul presupposto che i vasi conduttori delle piante si modificano secondo la maggiore o minore presenza di acqua: in primavera, per lo schiudersi delle gemme, è necessario un maggior apporto idrico e le pareti dei vasi sono pertanto più sottili al fine di permettere un flusso maggiore. Ogni stagione vegetale determina inoltre un accrescimento del diametro del fusto con la formazione di nuovo tessuto. Nella sezione trasversale di un tronco appariranno quindi degli anelli annuali, ciascuno formato da una parte più chiara e larga corrispondente al legno primaverile, e da una più scura e compatta corrispondente al legno estivo.

La dendrocronologia non è applicabile agli alberi che vivono in aree senza variazioni stagionali, dove l’accrescimento è costante tutto l’anno, e neppure alle dicotiledoni, come le palme, in cui l’accrescimento non avviene secondo anelli concentrici. Per stabilire l’età di un albero senza abbatterlo si effettua un carotaggio, si preleva cioè un tassello di legno corrispondente al raggio del tronco. La dendrocronologia permette la datazione solo di periodi relativamente recenti, vista la durata limitata della vita di una pianta e la scarsità di reperti fossili.

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[1] Varva deriva dallo svedese varv, deposito, passato in inglese come varve. Il termine fu introdotto dal geologo scandinavo De Geer nel 1912.