Per decenni, i praticanti della datazione al radiocarbonio hanno sfruttato un segnale soprannominato "il rivestimento d'argento" dei test sulle armi atomiche condotti negli anni '50. Quando i detriti dell'esplosione si sono diffusi nell'aria, le particelle di carbonio radioattivo-14 sono entrate nell'atmosfera. Questa ricaduta ha creato il cosiddetto impulso della bomba. La concentrazione atmosferica di carbonio-14 è aumentata durante gli anni '50 e l'inizio degli anni '60, seguita da un graduale declino dopo la firma del Trattato sul divieto di test limitato nel 1963.
Il risultato è un segno distintivo nella curva del carbonio-14, che è stata una manna per il campo della datazione al radiocarbonio. Ma questi metodi sono stati messi in pericolo nel 2021, quando le emissioni di anidride carbonica (CO2) dalla combustione di combustibili fossili hanno ridotto il segnale. Di conseguenza, i ricercatori potrebbero dover fare affidamento su metodi nuovi o supplementari per datare i materiali organici.
La datazione al radiocarbonio sfrutta il fatto che il carbonio si presenta in diverse forme, di cui il carbonio-12 è il più abbondante. Molto meno comune è l'isotopo radioattivo carbonio-14. Il carbonio-14 viene prodotto quando la radiazione cosmica entra in collisione con l'atmosfera. L'isotopo scende quindi sulla superficie terrestre, dove viene incorporato nelle piante e in altra materia organica.
Nel momento in cui un organismo muore, un orologio radioattivo inizia a ticchettare. Gli atomi di carbonio-14 decadono nel tempo, riducendo la concentrazione di carbonio radioattivo nel tessuto. Misurando le quantità di entrambi gli isotopi, gli scienziati possono determinare la data di morte di un campione. Minore è la concentrazione di carbonio-14, più vecchio è il campione.
La datazione al radiocarbonio può essere applicata a campioni vecchi fino a 50.000 anni. Tuttavia, il metodo perde precisione quando si esplora un lontano passato, con risultati che spesso suggeriscono diverse età possibili o includono grandi incertezze. L'impulso della bomba, d'altra parte, ha consentito di datare campioni recenti entro uno o due anni, un incredibile grado di precisione.
"Sebbene la datazione al radiocarbonio sia comunemente associata all'archeologia e agli oggetti di un passato più lontano, l'impulso della bomba era più rilevante per un'ampia gamma di scenari forensi", ha spiegato Fiona Brock. È un'ex chimica del radiocarbonio all'Università di Oxford e attualmente membro del Cranfield Forensic Institute dell'Università di Cranfield, dove insegna e fornisce consulenza sulla datazione al radiocarbonio. I ricercatori hanno utilizzato l'impulso della bomba per identificare le vittime della guerra di Corea, esporre falsi d'arte e annusare vini e whisky fasulli.
Ironia della sorte, questo vantaggio inaspettato dell'ingerenza umana nell'ambiente sta cadendo vittima di un altro tipo di ingerenza:bruciare combustibili fossili. I combustibili fossili sono costituiti da materiale organico vecchio di milioni di anni, abbastanza vecchio da far decadere tutto il suo carbonio-14. Pertanto, i gas rilasciati durante la combustione dei combustibili fossili riducono la concentrazione di carbonio-14 nell'atmosfera. L'uso diffuso di combustibili fossili è in parte responsabile della rapida diminuzione dell'impulso delle bombe dopo il 1963.
Nel 2021, la concentrazione atmosferica di carbonio-14 è scesa al di sotto dei valori pre-bomba per la prima volta dagli anni '50. Ciò significa che il tessuto organico che si forma oggi ha la stessa concentrazione di carbonio-14 di un campione del 1955, un effetto problematico per i ricercatori che cercano di distinguere i campioni con quelle età.
Mentre continuiamo a bruciare combustibili fossili, il problema peggiorerà. A trent'anni da oggi, il materiale organico di nuova produzione avrà la stessa concentrazione di carbonio-14 di un campione del 1050. Ciò significa che la datazione al radiocarbonio non sarà in grado di distinguere tra una tunica vichinga e una maglietta appena uscita dagli scaffali nel 2050.
La perdita dell'impulso della bomba colpisce sia la ricerca che le applicazioni forensi. Ad esempio, "i bravi falsari potrebbero sfruttare al meglio la situazione in cui una pittura moderna ha la stessa data potenziale di un'opera d'arte storica, o almeno manipolare la situazione per suscitare sufficienti dubbi sul fatto che qualcosa sia autentico o falso", afferma Brock .
L'impulso della bomba era destinato a svanire alla fine quando il carbonio-14 è stato incorporato nell'oceano o è decaduto, ma la combustione di combustibili fossili ha accelerato la sua scomparsa. Tuttavia, la perdita dell'impulso della bomba non segna la fine della datazione al radiocarbonio. Altre tecniche possono integrare i dati sul radiocarbonio.
Una di queste soluzioni utilizza il carbonio-13, un altro isotopo stabile del carbonio. Come il suo fratello radioattivo, il carbonio-13 è scarso nei combustibili fossili, quindi la sua concentrazione atmosferica diminuisce mentre bruciamo carbone, petrolio o gas. Misurando il carbonio-13 insieme al carbonio-14, i ricercatori possono determinare se un campione è anteriore o successivo alla rivoluzione industriale. In alternativa, il cesio-137 radioattivo rilasciato durante i test delle bombe può identificare campioni formatisi dopo il 1963.
Peter Köhler, fisico dell'Istituto Alfred Wegener in Germania che studia gli isotopi del carbonio e la sensibilità al clima, ritiene che la datazione al radiocarbonio continuerà ad essere ampiamente utilizzata.
"Bisogna applicare il buon senso", dice Köhler. "I campioni vengono misurati all'interno di un contesto e questo dovrebbe fornire informazioni sufficienti se c'è il rischio di confondere moderno e antico."
Caroline Hasler è uno scrittore scientifico per Eos. Si è laureata all'ETH di Zurigo e sta attualmente studiando per il suo dottorato di ricerca. all'Università della California a Berkeley.
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