Tecniche di Datazione Archeologica: Radiocarbonio, Potassio-Argon e Tracce di Fissione

Contaminazione nei Campioni di Radiocarbonio

La datazione con il radiocarbonio è uno strumento fondamentale per l'analisi dei materiali organici. Tuttavia, la contaminazione dei campioni può compromettere l'accuratezza dei risultati. Ecco alcuni punti critici:

• Contaminazione prima del campionamento: Ad esempio, l’acqua freatica o i siti impregnati d’acqua possono sciogliere i materiali organici e anche farli depositare, modificando la composizione isotopica. La formazione di concrezioni minerali attorno alle sostanze organiche può far sì che il carbonato di calcio risulti totalmente privo di radiocarbonio, aumentando l’età apparente del campione.
• Contaminazione durante o dopo il campionamento: Tutti i campioni contenenti radiocarbonio devono essere sigillati, al momento della loro individuazione, all’interno di un contenitore pulito. Le etichette inserite all’interno possono costituire una notevole fonte di contaminazione. L’applicazione successiva di qualsiasi materiale organico si rivela disastrosa; altrettanto grave è il proseguimento della fotosintesi; la presenza di muffa indica che il campione è contaminato.
• Contesto: Chi effettua lo scavo non deve sottoporre a datazione un campione fino a che non è sicuro del suo contesto archeologico. Troppo spesso si suppone che una determinazione del radiocarbonio fornirà automaticamente una datazione del contesto archeologico in cui il carbone si trova; per questa ragione sono da preferire campioni con una vita breve, per i quali non è possibile una lunga sopravvivenza prima dell’interramento.

Radiocarbonio: Principi Fondamentali

Il radiocarbonio è il principale strumento di datazione dei materiali organici per l'arco di tempo che giunge fino a 50.000-80.000 anni fa.

Datazione con il Metodo del Potassio-Argon (K-Ar)

Il metodo del potassio-argon (K-Ar) è usato dai geologi per datare rocce risalenti a centinaia o anche a migliaia di anni fa, ma è anche una delle tecniche più appropriate per datare i siti dei primi esseri umani dell’Africa, che possono risalire fino a 5 milioni di anni fa. Il metodo si applica solamente alle rocce vulcaniche di età non inferiore a 100.000 anni. Le date ottenute sono in realtà date geologiche di campioni rocciosi.

I risultati della datazione con il metodo del potassio-argon sono generalmente accompagnati da una stima dell’errore.

Principi del Metodo K-Ar

Si basa sul decadimento radioattivo del potassio-40 che si trasforma nel gas inerte argon-40 (⁴⁰Ar). Conoscendo la velocità di decadimento del ⁴⁰K, una misurazione della quantità di ⁴⁰K contenuta in un campione di 10 g di roccia fornisce una stima della data di formazione della roccia. Una variante del metodo del potassio-argon è la fusione laser dell’argon-argon.

Un isotopo stabile del potassio viene convertito in ³⁹Ar per effetto di un bombardamento di neutroni sul campione. Entrambi gli isotopi dell’argon sono quindi misurati tramite la spettrometria di massa dopo essere stati rilasciati per effetto della fusione laser. Poiché il rapporto tra ⁴⁰K e ³⁹K in una roccia è costante, l’età della roccia può essere determinata dal suo rapporto tra ⁴⁰Ar e ³⁹Ar. Il fenomeno che azzera l’«orologio radioattivo» è la formazione delle rocce attraverso l’attività vulcanica, che elimina ogni traccia di argon presente in precedenza. Le date ottenute sono in realtà date geologiche di campioni rocciosi. I risultati della datazione con il metodo del potassio-argon sono generalmente accompagnati da una stima dell’errore.

Per esempio, la data del livello Tuff IB di Olduvai è stata stimata 1,79±0,03 milioni di anni: una stima dell’errore di 30.000 anni può sembrare grande a prima vista, ma in realtà è solo il 2% del totale.

Datazione con il Metodo delle Tracce di Fissione

La datazione con il metodo delle tracce di fissione si basa sul funzionamento di un “orologio radioattivo”, la fissione spontanea di un isotopo dell’uranio (²³⁸U) presente in una vasta gamma di rocce e minerali.

Si rivela particolarmente utile nei siti del primo Paleolitico quando non è possibile applicare il metodo del potassio-argon.

Viene normalmente applicato ai materiali che si ritrovano comunemente, ma anche i minerali contenuti nelle formazioni rocciose possono essere datati con questo metodo.

Generalmente usato per campioni geologici che risalgono ad oltre 300.000 anni fa.

Si può applicare anche a campioni di ossidiana che siano stati esposti al fuoco durante le fasi di produzione oppure durante o dopo l’uso.

Come Funziona il Metodo delle Tracce di Fissione

Oltre a decadere in natura in un isotopo stabile del piombo, ²³⁸U si divide talora in due parti. Durante questo processo di fissione spontanea le due parti si separano allontanandosi velocemente, e si arrestano solo dopo aver causato molti danni alle strutture che incontrano sul loro cammino. Nei materiali che contengono ²³⁸U, questo danno è registrato sotto forma di cammini fisicamente visibili, detti tracce di fissione. Le tracce vengono contate utilizzando un microscopio ottico, dopo aver sottoposto la superficie lucida del vetro all’attacco di un acido per aumentare la visibilità delle tracce.

La quantità di uranio presente nel campione viene quindi determinata contando un secondo gruppo di tracce create inducendo artificialmente la fissione in atomi di ²³⁵U. Il rapporto quantitativo tra ²³⁵U e ²³⁸U è noto e il secondo conteggio misura quindi indirettamente la quantità di ²³⁸U presente. Conoscendo la velocità di fissione di ²³⁸U si può arrivare a determinare una data confrontando il numero delle tracce formatesi spontaneamente con la quantità di ²³⁸U presente nel campione. L’«orologio radioattivo» viene azzerato dalla formazione del minerale o del vetro, sia in natura sia al momento della fabbricazione.