Probabilmente hai visto o letto notizie su affascinanti manufatti antichi. In uno scavo archeologico, viene dissotterrato un pezzo di arnese di legno e l'archeologo trova che sono 5, 000 anni. Una mummia infantile viene trovata in alto sulle Ande e l'archeologo dice che il bambino ha vissuto più di 2 anni, 000 anni fa. Come fanno gli scienziati a sapere quanti anni hanno un oggetto o resti umani? Quali metodi usano e come funzionano questi metodi? In questo articolo, esamineremo i metodi con cui gli scienziati usano la radioattività per determinare l'età degli oggetti, soprattutto datazione al carbonio-14 .
La datazione al carbonio-14 è un modo per determinare l'età di alcuni reperti archeologici di origine biologica fino a circa 50, 000 anni. È usato per datare cose come ossa, stoffa, legno e fibre vegetali che sono state create in un passato relativamente recente dalle attività umane.
raggi cosmici entrano nell'atmosfera terrestre in gran numero ogni giorno. Per esempio, ogni persona è colpita da circa mezzo milione di raggi cosmici ogni ora. Non è raro che un raggio cosmico entri in collisione con un atomo nell'atmosfera, creando un raggio cosmico secondario sotto forma di neutrone energetico, e che questi neutroni energetici entrino in collisione con gli atomi di azoto. Quando il neutrone si scontra, un azoto-14 (sette protoni, sette neutroni) si trasforma in un atomo di carbonio-14 (sei protoni, otto neutroni) e un atomo di idrogeno (un protone, zero neutroni). Il carbonio-14 è radioattivo, con un'emivita di circa 5, 700 anni.
Per ulteriori informazioni sui raggi cosmici e sull'emivita, così come il processo di decadimento radioattivo, vedere Come funzionano le radiazioni nucleari.
Gli atomi di carbonio-14 creati dai raggi cosmici si combinano con l'ossigeno per formare anidride carbonica, che le piante assorbono naturalmente e incorporano nelle fibre vegetali mediante la fotosintesi. Gli animali e le persone mangiano piante e assorbono anche carbonio-14. Il rapporto tra carbonio normale (carbonio-12) e carbonio-14 nell'aria e in tutti gli esseri viventi in un dato momento è quasi costante. Forse uno su un trilione di atomi di carbonio è carbonio-14. Gli atomi di carbonio-14 sono sempre in decadimento, ma vengono sostituiti da nuovi atomi di carbonio-14 a velocità costante. In questo momento, il tuo corpo ha una certa percentuale di atomi di carbonio-14 al suo interno, e tutte le piante e gli animali viventi hanno la stessa percentuale.
Non appena un organismo vivente muore, smette di assorbire nuovo carbonio. Il rapporto tra carbonio-12 e carbonio-14 al momento della morte è lo stesso di ogni altro essere vivente, ma il carbonio-14 decade e non viene sostituito. Il carbonio-14 decade con la sua emivita di 5, 700 anni, mentre la quantità di carbonio-12 rimane costante nel campione. Osservando il rapporto tra carbonio-12 e carbonio-14 nel campione e confrontandolo con il rapporto in un organismo vivente, è possibile determinare l'età di un essere vivente in modo abbastanza preciso.
Una formula per calcolare l'età di un campione mediante datazione al carbonio-14 è:
t =[ ln (N F /N o ) / (-0.693) ] x t 1/2
dove ln è il logaritmo naturale, n F /N o è la percentuale di carbonio-14 nel campione rispetto alla quantità nel tessuto vivente, e T 1/2 è l'emivita del carbonio-14 (5, 700 anni).
Così, se avessi un fossile con il 10% di carbonio-14 rispetto a un campione vivente, allora quel fossile sarebbe:
t =[ ln (0,10) / (-0,693) ] x 5, 700 anni
t =[ (-2.303) / (-0.693) ] x 5, 700 anni
t =[ 3.323 ] x 5, 700 anni
Poiché l'emivita del carbonio-14 è 5, 700 anni, è affidabile solo per datare oggetti fino a circa 60, 000 anni. Però, il principio della datazione al carbonio-14 si applica anche ad altri isotopi. Il potassio-40 è un altro elemento radioattivo che si trova naturalmente nel tuo corpo e ha un'emivita di 1,3 miliardi di anni. Altri radioisotopi utili per la datazione radioattiva includono l'uranio -235 (emivita =704 milioni di anni), Uranio -238 (emivita =4,5 miliardi di anni), Torio-232 (emivita =14 miliardi di anni) e Rubidio-87 (emivita =49 miliardi di anni).
L'utilizzo di vari radioisotopi consente la datazione di campioni biologici e geologici con un elevato grado di accuratezza. Però, la datazione con radioisotopi potrebbe non funzionare così bene in futuro. Tutto ciò che muore dopo gli anni '40, quando le bombe nucleari, reattori nucleari e test nucleari all'aperto hanno iniziato a cambiare le cose, sarà più difficile datare con precisione.
Pubblicato originariamente:3 ottobre 2000
