Metodo del carbonio-14

Il metodo del 14C ( carbonio-14), o del radiocarbonio, è un metodo di datazione radiometrica basato sulla misura delle abbondanze relative degli isotopi del carbonio.

Fu ideato e messo a punto tra il 1945 e il 1955 dal chimico statunitense Willard Frank Libby, che per questa scoperta ottenne il Premio Nobel nel 1960.

Il metodo del 14C permette di datare materiali di origine organica (ossa, legno, fibre tessili, semi, carboni di legno, ...). Si tratta di una datazione assoluta, vale a dire in anni calendariali, ed è utilizzabile per materiali di età non più antica di 50.000 anni salvo casi particolari. La sua principale utilizzazione è in archeologia per datare i reperti costituiti da materia organica, quindi contenenti atomi di carbonio.

Principi teorici

Esempio di datazione. In questo caso, il campione ha una data compresa tra il 575 d.C. (1375BC) e l'821 d.C. (1129BC) con il 95,4% di confidenza

Il carbonio è un elemento chimico fondamentale per la vita e presente in tutte le sostanze organiche. Esso è presente sulla terra in tre isotopi: due stabili (12C e 13C) e uno radioattivo (14C). Quest'ultimo si trasforma per decadimento beta in azoto (14N), con un tempo di dimezzamento medio (o emivita) di 5.730 anni, di conseguenza questo isotopo a lungo andare scomparirebbe, se non venisse continuamente reintegrato. La produzione di nuovo 14C avviene regolarmente in natura negli strati alti della troposfera e nella stratosfera, per la cattura di neutroni termici componenti secondari dei raggi cosmici da parte degli atomi di azoto presenti nell'atmosfera. L' equilibrio dinamico che si instaura tra produzione e decadimento radioattivo mantiene quindi costante la concentrazione di 14C nell'atmosfera, dove è presente principalmente legato all' ossigeno sotto forma di anidride carbonica.

Tutti gli organismi viventi che fanno parte del ciclo del carbonio scambiano continuamente carbonio con l'atmosfera attraverso processi di respirazione (animali) o fotosintesi (vegetali), oppure lo assimilano nutrendosi di altri esseri viventi o sostanze organiche. Di conseguenza finché un organismo è vivo, il rapporto tra la sua concentrazione di 14C e quella degli altri due isotopi di carbonio si mantiene costante e uguale a quella che si riscontra nell'atmosfera.

Dopo la morte, però, questi processi terminano e l'organismo non scambia più carbonio con l'esterno. Per effetto del decadimento, quindi, la concentrazione di 14C diminuisce in modo regolare secondo la formula:

Dove è la concentrazione di 14C nell'atmosfera, il tempo trascorso dalla morte dell'organismo, la vita media del 14C (pari al tempo di dimezzamento diviso per il logaritmo naturale di 2: 5730/ln 2 = 8267 anni).

Misurando dunque la quantità di 14C presente nei resti organici, se ne ricava l'età applicando la seguente formula:

Accumuli naturali di carbonio di origine organica con età valutabile alla scala dei tempi geologici, quali i carboni fossili, risultano privi di 14C, essendo questo ormai completamente decaduto in azoto.

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