DATAZIONE ASSOLUTA

Per datare l’età e gli eventi della storia della Terra,il metodo utilizzato fino al secolo scorso  era quello della stratigrafia  (in una sequenza di rocce sedimentarie, lo strato di roccia sovrastante è più recente di quello sottostante) e del contenuto in fossili (in ogni strato è possibile osservare organismi primitivi,  più antichi, oppure più evoluti e quindi più recenti).Questo tipo di datazione ci dice soltanto se un evento geologico è avvenuto prima o dopo ma non risolve il problema fondamentale, cioè quanto dista da noi un evento. Questo problema viene risolto dalla datazione assoluta che si basa sulla tecnica della radioattività, dove si utilizzano i tempi di dimezzamento degli isotopi per risalire all’età di una roccia. Gli isotopi radioattivi sono instabili ed emettono radiazioni per diventare stabili; conoscendo il tempo impiegato affinché metà dell’isotopo instabile si trasformi in isotopo stabile (tempo di dimezzamento) e calcolando il rapporto tra la quantità di isotopo instabile rimasto e quello stabile, è possibile risalire all’età della roccia. Per questo tipo di datazione vengono utilizzati gli isotopi del carbonio, potassio, uranio e rubidio, la scelta dell’elemento radioattivo è vincolata dal tipo di roccia che si vuole datare, ad esempio utilizzeremo la datazione con il carbonio per le rocce carbonatiche. 

Per esempio, il nucleo dell’uranio-238 si disintegra spontaneamente trasformandosi in piombo-206, un nuclide stabile.

Ogni isotopo radioattivo è caratterizzato da una sua emivita, che è il tempo necessario perché la metà degli atomi di un campione puro dell’isotopo decadano (ossia si trasformino) in un altro elemento. L’emivita o tempo di dimezzamento varia da frazioni di secondi a miliardi di anni: il fermio-255 (elemento transuranico artificiale, numero atomico Z = 100) si dimezza in circa 3 ore, mentre il potassio-40 ha una emivita di circa 1,8 miliardi di anni.

La datazione radiometrica. Il metodo del carbonio-14

Il carbonio-14, isotopo radioattivo del carbonio scoperto nel 1940 da S. Ruben e M. Kame è continuamente prodotto negli strati alti della troposfera e nella stratosfera per l’assorbimento di un neutrone (liberato da altri atomi in seguito a collisioni con i raggi cosmici, particelle ad alta energia, provenienti dallo spazio esterno) da parte di un atomo di azoto (numero atomico Z = 7 e numero di massa A = 14); l’assorbimento del neutrone causa l’espulsione di un protone, per cui il numero atomico si riduce di 1 e il nucleo dell’atomo di azoto diventa un nucleo di carbonio, con numero di massa 14:

                                                                 14N + n → 14C + p

Il carbonio C14 presente nell’atmosfera in piccole quantità (1 millimiliardesimo di tutto il carbonio terrestre), viene assorbito dagli organismi attraverso i prodotti della fotosintesi e, nell’organismo vivo, il suo rapporto con l’isotopo 12C, non radioattivo e decisamente molto più abbondante, rimane costante grazie al ricambio continuo. Con la morte dell’organismo, la quantità del 14C si riduce progressivamente, dimezzandosi in 5730 anni, con l’emissione di radiazioni b, e trasformandosi in azoto (14N).

Il metodo del 14C, basato sulla misura del tempo di dimezzamento, permette di datare un qualsiasi reperto archeologico, geologico, idrogeologico, con un’età non superiore ai 60.000 anni (e non inferiore ai 200 anni) misurando l’emissione b e, confrontandola con un reperto attuale, di stabilire dal numero di dimezzamenti l’età del reperto stesso. Il potassio-40,che ha, come detto in precedenza, un’emivita (tempo di dimezzamento) superiore al miliardo di anni, si utilizza per reperti più antichi e per le rocce.

La datazione delle rocce richiede l’utilizzo di radionuclidi con tempi di dimezzamento molto lunghi, come U-238, U-235, Th-232, K-40, Rb-87 come indicato nelle tabella 1:

Il dimezzamento dell’uranio-238 in piombo-206 ha reso possibile stimare l’età della roccia più antica presente sulla Terra (granito della Groenlandia: 3,7 x 10 alla nona anni) e la stessa età della Terra, 4,6 x 10

alla nona anni.