Tecniche di Datazione di un RepertoEsistono numerose tecniche per la datazione di un reperto archeologico, che differisconoper il range temporale, per il tipo di materiali idonei all’analisi e per le applicazionipossibili. In linea di massima si può dire che tutti i materiali di interesse artisticoarcheologicopossono essere datati. Le tecniche più utilizzate sono le seguenti:• Misura della concentrazione di un isotopo radioattivo in relazione al tempo, es.metodo del radiocarbonio o C14, idoneo per materiali organici o che contengonoimpurezze organiche• Misura della concentrazione di un prodotto di decadimento in relazione al tempo,es. metodo del potassio/argon, idoneo per materiali minerali (pietra, ceramica,ecc.)• Misura del danno causato dal decadimento radioattivo di nuclidi nel reperto, es.metodo della termoluminescenza per le ceramiche; metodo delle tracce difissione per materiali minerali.

Datazione radiometricaI metodi di datazione radiometrica utilizzano i fenomeni della radioattività naturale,cioè la trasformazione spontanea di isotopi instabili di una data specie in nuclei stabili.Conoscendo il tempo di decadimento di un certo radionuclide, è teoricamente possibileusare il suo decadimento come orologio per misurare un intervallo di tempo.In tabella 1 sono riportati alcuni dei principali isotopi radioattivi usati per la datazione.Altri isotopi radioattivi presenti in natura non vengono utilizzati o perché sono presentiin quantità minime o perché hanno un tempo di dimezzamento non adeguato.

Isotopi radioattivi per la datazione di repertiElemento progenitoreTempo di dimezzamento (in anni)Presenza dell’isotopo %Elemento figlio Materiali datatiCarbonio-14 5730 - Azoto-14 Materiali organiciUranio-235 723 milioni 0.72 Piombo-207 Zircone,Potassio-40 1.300 milioni 0.012 Argon-40Biotite, miche, feldspato

potassico, roccevulcanicheUranio-238 4.510 milioni 99.27 Pimobo-206 Zircone, uraniteTorio-232 13.900 milioni 100 Piombo-208 Rubidio-87 47.000 milioni 27.87 Stronzio-87Miche, feldspatipotassici, roccemetamorficheLa radiodatazione si basa, quindi, sulla misura dei nuclei residui in materiali nei quali, almomento della formazione, sono rimaste inglobate sostanze radioattive.Nella scelta di radioisotopi da usare nella datazione i reperti bisogna tener conto che:• Il tempo di dimezzamento deve essere opportuno rispetto all’età da misurare. Seesso è troppo lungo la concentrazione dell’elemento figlio sarà tropo bassa peressere misurata, se è troppo corto sarà già completamente decaduto. In genere,nelle tecniche di datazione, l’intervallo di tempo di applicabilità per un certoisotopo è circa 10 volte il suo tempo di decadimento.I metodi di datazione delle rocce utilizzano il decadimento di elementi primordiali(vale a dire che esistono sulla terra dalla sua formazione e sono caratterizzate daun tempo di decadimento molto lungo) in esse contenuti ad esempio rubidio, torioed isotopi dell’uranio. Mediante questi elementi è stata datata l’età stessa delleTerra: 4,6 109 anni.• Il decadimento del potassio in argon può invece essere utilizzato anche permateriali minerali aventi un’età di soli 50.000 anni, in quanto, pur essendo iltempo di dimezzamento del potassio-40 piuttosto elevato, recenti tecniche hannoreso possibile rilevare quantità piccolissime di Argon.• Il radionuclide si deve distinguere da altri nuclidi presenti nel reperto alla suaformazione.• L’età misurata è attendibile solo se non ci sono state né aggiunte né perdite dimateriale radioattivo nel corso del tempo.

DATAZIONE CON 14CCon esso si possono datare reperti in un intervallo tra i 200 e i 60.000 anni. In campionicon età superiore a questo limite, diventa molto difficile trovare degli atomi di carbonioradioattivo non ancora decaduti, rendendo impossibile la datazione.In linea di principio possono essere datati tutti i resti provenienti da organismi viventiche abbiano cessato di scambiare radiocarbonio con l’ambiente circostante per il

sopraggiungere della loro morte: ossa, legno, pellame, capelli, inclusi organici nellaceramica 8semi, paglia, etc.), carta e papiri, resina, etc. Possono inoltre essere datatimateriali anche di natura inorganica che siano stati però generati da organismi viventi:gusci di conchiglia, gusci d’uovo, etc.

Materiali databili con il carbonio radioattivoMateriale Organismo Evento datatoOssa Animale Gi ultimi anni di vita dell’animaleLegno Albero Crescita degli anelli dell’alberoTela di lino Pianta di lino La morte della piantaLana Pecora L’anno della tosaturaPergamena Animale L’anno della morte dell’animale

Principi della radiodatazione con 14CIl carbonio è presente in natura sotto forma di tre isotopi: 126C, 136C e 146C. Gli isotopii12C e 136C sono stabili e sono presenti nelle proporzioni rispettivamente del 98,892% edel 1,108%.L’isotopo 146C è radioattivo (β- emittente) ha una vita media di 5730 anni, e la suaconcentrazione (1 10-10 %) nell’atmosfera (come 146CO2) è’ costante perché esiste unequilibrio fra 146C che decade e 146C che si forma continuamente mediante la seguentereazione nucleare714N + n → 614C + 11Hoperata dai neutroni liberati dall’interazione dei raggi cosmici con le molecole di gasche costituiscono l’atmosfera.La radiazione cosmica è costituita da un flusso di particelle elementari di originecosmica (protoni e d elettroni) che si muovono ad elevata velocità e che hanno unelevato contenuto energetico. Quando queste particelle arrivano nell’atmosfera, dannoluogo a reazioni nucleari con gli atomi dei gas che la costituiscono. Da queste reazioni sioriginano i neutroni che interagendo con 147N danno origine al 614C .Gli atomi di 14C così prodotti si ossidano combinandosi con le molecole di ossigenoformando ossido di carbonio che, successivamente, si trasforma in anidride carbonica.L’anidride carbonica radioattiva (614C O2) si mescola uniformemente con la normale edinattiva anidride carbonica dell’atmosfera, mantenendo lo stesso rapporto di

concentrazione esistente tra 14C e 12C. La produzione di 14C, legata alla formazione dineutroni e raggi cosmici, è variabile con la latitudine e l’altitudine, ma, a causa delrapido rimescolamento dei gas atmosferici, il radiocarbonio risulta distribuito in manierauniforme sulla superficie terrestre.La sintesi clorofilliana delle piante che utilizza l’anidride carbonica dell’atmosfera persintetizzare sostanza organica, fa sì che il carbonio presente in questa contenga 614C inpercentuale uguale a quella con cui 614CO2 è contenuto nell'atmosfera. La sostanzaorganica vegetale è alla base, direttamente o indirettamente, della vita di tutti gliesseri viventi, ed anche nella sostanza organica da questi costruita è presente 614C nellaproporzione con cui è presente nell'atmosfera. Nel momento della morte dell'esserevivente cessa il rifornimento di 614C e quello che era presente tende a scomparire perdecadimento radioattivo. Pertanto, misurando la percentuale di 614C contenuta in residuifossili, questi possono essere datati abbastanza esattamente (per datazioni fino a 50.000anni l'errore presunto è del 5-10%).L’età dei reperti datati con il radiocarbonio è sempre riferita al 1950 considerato comel’anno 0 (in quanto è stato l’anno delle prime misure radiometriche con 14C) e vieneindicata con la dicitura BP (Before Present).Ad esempio un oggetto datato al 1240 BP vuol dire che è del 1950-1240= 710 d.C.L’utilità di questa convenzione risiede nel fornire lo stesso valore numerico sia per ladata di formazione dei reperti (che hanno avuto origine prima del 1950) sia per la loroetà (se riferita al 1950).

TERMOLUMINESCENZACon questa tecnica è possibile datare tutte le diverse tipologie di ceramica (vasellame,terrecotte, laterizi, porcellane ecc.) in un intervallo di età compreso tra 50 e 20000 annicon un’incertezza globale media di circa il 10 %, riducibile solo in casi particolari al 5-6%.Si tratta di una tecnica che appartiene alla classe dei metodi distruttivi, poiché richiede

il prelievo di una quantità non trascurabile, seppur limitata, di materiale (almeno 10grammi di ceramica ed altrettanti di terreno di scavo).Il principio fondamentale su cui si basa la tecnica della termoluminescenza considerache una frazione non trascurabile dei materiali che costituiscono la ceramica (quarzo efeldspati, per esempio) è in grado di immagazzinare energia quando viene investita dalleradiazioni presenti nel terreno di sepoltura, come le radiazioni α, β, e γ derivantidall’irraggiamento naturale, o dalle radiazioni dei materiali debolmente radioattivicontenuti nella ceramica stessa. L’immagazzinamento avviene sotto forma diintrappolamento di elettroni in siti stabili ad alta energia. Più a lungo il materialerimane esposto all’irraggiamento e più intense sono le radiazioni, maggiore è ilcontenuto di energia che la ceramica può accumulare. La liberazione degli elettronidalle trappole avviene in seguito a cessione di energia termica mediante riscaldamento atemperature dell’ordine di diverse centinaia di gradi centigradi ed è accompagnata daemissione di luce (detta appunto termoluminescenza). L’intensità della luce emessa è unindicatore sia dell’età dell’oggetto sia dell’irraggiamento cui è stato sottoposto.La cottura in fornace della ceramica rappresenta il tempo zero, perché elimina ognienergia accumulata dall’argilla e dagli altri costituenti dell’impasto durante la loroesistenza geologica; da questo momento, ricomincia l’accumulo di energia nel tempo,tanto più rapidamente quanto maggiori sono le concentrazioni di radioattività nellaceramica e nell’ambiente. Quindi, misurata la termoluminescenza di un campione (cioèla radiazione assorbita) una volta che si è misurata la radioattività dei suoi componenti equella dell’ambiente (cioè la radiazione assorbita annualmente), si può determinarel’età del campione utilizzando la relazione: età (anni)= radiazione totale assorbita/radiazione assorbita annualmente.Da quanto detto appare evidente che le datazioni mediante termoluminescenza siriferiscono all’ultima cottura subita dall’oggetto. Questa considerazione è da tenerpresente nell’interpretazione dei risultati. Essi infatti potrebbero essere influenzati dalpossibile reimpiego dell’oggetto, da incendi o riscaldamenti accidentali, da restauri

antichi o moderni. Altri fattori che possono influenzare i risultati sono una non correttavalutazione della radiazione assorbita annualmente o una non corretta stima delcontenuto medio di umidità del campione, perché l’acqua in esso contenuta puòassorbire parte delle radiazioni.Bibliografia1. Maurizio Aceto Dispensa per il Corso di Chimica Analitica per i Beni Culturali2. Francesco Vernocchi Tecnica di datazione con il Carbonio 14- Tesi di laurea3. Bruno Brunetti e Antonio Sgamellotti Lo studio delle ceramiche storicoartisticheLa chimica e l’Industria, 2002, 6, 844. Paolo Silvestroni -Fondamenti di Chimica- Editoriale Veschi