PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRA - Datazioni Assolute - Bicocca
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PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRA
Datazioni
Assolute
Prof. Giovanni Vezzoli
Dipartimento di Scienze dell’Ambiente e della Terra
Università di Milano-Bicocca
Datazioni assolute - isotopi
Abbiamo visto che alla metà del 1800 gli
studiosi avevano iniziato a costruire una
cronologia relativa della storia della Terra e
sapevano che, in termini assoluti, la Terra
doveva essere molto antica (centinaia di milioni
di anni)
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRA
Datazioni assolute - isotopi
Ma non tutti erano d’accordo……
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRA
Datazioni assolute - isotopi
Nel 1852 Lord Kelvin scrisse un articolo in cui
sosteneva che la Terra dovesse perdere energia con
il passare del tempo.
Nel 1863 disse che la crosta terrestre non poteva essere
rimasta come essa è ora, mentre tutta la Terra andava
disperdendo nel tempo una così grande quantità di
Lord William
calore. Thomson
(Lord Kelvin;
Kelvin stimò quindi che l'età della Terra dovesse essere 1824 - 1907).
Fisico.
compresa tra un minimo di 24 milioni di anni ed un Irlanda del Nord.
massimo di 400 milioni,
con un valore più probabile di 98.
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Datazioni assolute - isotopi
Nel 1868, rivolgendosi alla Società geologica di
Glasgow, Kelvin si complimentò con i geologi per
essersi liberati dal condizionamento biblico nella
cronologia, ma osservò che Lord William
Thomson
“avevano oltrepassato il segno nella valutazione (Lord Kelvin;
1824 - 1907).
degli anni”. Fisico.
Irlanda del Nord.
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Datazioni assolute - isotopi
Pierre Curie (1859-1906)
Maria Skłodowska (1867-1934).
Fisici francesi
Nel 1896 con la scoperta della radioattività da parte di
Becquerel e con la scoperta che il fenomeno avviene attraverso
una liberazione d’energia da parte dei coniugi Curie (1903),
cambiò totalmente la prospettiva sugli studi sull’età della Terra.
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Datazioni assolute - isotopi
Kelvin aveva sbagliato i calcoli.
Non aveva (non per sua scelta)
considerato il calore prodotto dagli
elementi radioattivi e non aveva
(sempre non per sua scelta)
Pierre Curie (1859-1906)
considerato che i moti convettivi del Maria Skłodowska (1867-1934).
Fisici francesi
mantello terrestre sono molto lenti e
per questo il mantello cede calore con
lentezza.
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Datazioni assolute - isotopi
Tuttavia, Lord Kelvin si mantenne sempre
fermo nelle sue idee e si oppose fino alla
Lord William
morte alle nuove scoperte. Thomson
(Lord Kelvin;
1824 - 1907).
Fisico.
Irlanda del Nord.
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Datazioni assolute - isotopi
Quindi non solo la Terra era molto più antica
di quanto sosteneva Kelvin ma, utilizzando il
fenomeno della radioattività, si potevano
datare i minerali (e quindi le rocce) in
maniera assoluta
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Datazioni assolute - isotopi
Il metodo è chiamato
datazione radiometrica
(geocronometria)
e si basa sul decadimento degli
isotopi radioattivi contenuti in
Pierre Curie (1859-1906)
Maria Skłodowska (1867-1934). Fisici
determinati minerali/resti organici francesi
Gli isotopi di uno stesso elemento hanno lo stesso numero di protoni
(e di elettroni) ma diverso numero di neutroni.
Hanno quindi lo stesso numero atomico (numero protonico) ma un
diverso numero di massa (protoni + neutroni).
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRADatazioni assolute - isotopi
Un isotopo radioattivo (o radionuclide)
è un elemento che presenta un nucleo
instabile, tende a decadere
“trasformarsi” in un altro elemento più
stabile, con un ritmo ben preciso, non
Pierre Curie (1859-1906)
Maria Skłodowska (1867-1934). Fisici
alterabile da fattori chimici o fisici (es francesi
pressione e/o temperatura);
per questo motivo il metodo di
misurazione è molto attendibile.
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Si definisce tempo di dimezzamento il
tempo che una determinata quantità di
un isotopo impiega a ridursi della
metà.
Pierre Curie (1859-1906)
Maria Skłodowska (1867-1934). Fisici
francesi
Confrontando la quantità di isotopo radioattivo presente in un
minerale, rispetto al prodotto del suo decadimento e conoscendo
il tempo di dimezzamento si può risalire all'età del campione
stesso.
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRADatazioni assolute - isotopi
Materiali datati
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(−λt) Legge del decadimento
N(t) = N0 * e
radioattivo: Il numero di
nuclei non ancora
t(1/2) = ln2/λ
disintegratisi decresce
esponenzialmente nel
tempo.
• N0 è il numero di atomi dell’isotopo al tempo iniziale (t = 0) quando
è iniziato il decadimento (ovvero quando si è formato il minerale)
• λ è la costante di decadimento dell’isotopo padre
• t(1/2) è il tempo di dimezzamento
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRADatazioni assolute - isotopi
Esempio: partiamo da
10 mg dell'isotopo 14C
dopo 5730 (tempo di dimezzamento)
a ne avremo 5 mg dopo altri 5730
anni 2,5 mg e così via.
Perciò, se nei resti di un organismo trovo solo 14C significa che la
la morte è recente e che non è ancora avvenuto il decadimento.
Se invece trovo il 50% di 14C e il 50% dell’elemento derivato (14N)
vuol dire che saranno trascorsi 5730 a dalla morte dell’organismo
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRAcome indicato
ura seguente. e dell’elemento finale in cui il primo si trasforma. dalla fissione
Datazioni assolute - isotopi ne spontanea
zircone e titan
40 K originario
attraverso il re
Prodotto di decadimento
di difetti retic
che, con tecni
(−λt)
Quantità rimanente di elemento progenitore
1.300
1/1 milioni
di anni
N(t) = N0 * e servati tramite
forte ingrandim
40Ar
40K
=1
2.600
t(1/2) = ln2/λ sul cristallo è
milioni che è andata
di anni
40Ar
3.900
=3 milioni 5.200
40K
di anni milioni
1/2
40Ar di anni
40K
=7 40Ar
40K
= 15
FIGURA 7 Curva di
1/4 tempo di dimezzam
argon-40 (40Ar). Se
1/8 fica che l’età del ca
1/16
del potassio si è tra
0 1 2 3 4 che è trascorso un
Numero dei tempi di dimezzamento e l’età sale a 2 600
(1 tempo di dimezzamento = 1.300 milioni di anni)
di ogni t1/2 il rappo
Alfonso
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. Bosellini - Le
2019-2020 scienze della Terra - Dagli oceani perduti PRINCIPI
alle catene montuose
DI SCIENZE • © It
DELLA TERRADatazioni assolute - isotopi
Per datare l’età della Terra si sono utilizzati gli zirconi (ZrSiO4)
minerali che si formano nelle eruzioni vulcaniche e che sono molto
resistenti all’erosione per miliardi di anni (minerali ultrastabili).
Gli zirconi contengono l’isotopo 238U.
Quando il minerale cristallizza dal magma diventa solido e mantiene
“bloccato” al suo interno gli isotopi (che invece erano liberi di
muoversi nel magma fluido).
Questo è il tempo 0 (ovvero quando si è formato il minerale) e la
quantità di 238U è N0.
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRADatazioni assolute - isotopi
Per via della struttura dei cristalli, quando si formano dal magma,
gli zirconi non contengono piombo. Questo – per usare le parole
sul sito della University of California di Berkeley – li rende degli
“orologi quasi perfetti”: qualsiasi traccia di piombo trovata dagli
scienziati nei cristalli deve provenire dal processo di decadimento
radioattivo.
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRADatazioni assolute - isotopi
Per datare gli zirconi gli scienziati usano uno strumento chiamato:
SHRIMP stands for Sensitive High Resolution Ion MicroProbe.
Gli zirconi più antichi arrivano
dall’Australia e hanno
circa 4.4 Ga
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRADatazioni assolute - isotopi Per determinare l’età assoluta della Terra sono stai poi datati (utilizzando altri isotopi) i meteoriti provenienti dagli asteroidi e i campioni di rocce lunari prelevati dalle missioni Apollo (si assume che l’età di formazione della Terra sia contemporanea a quella di tutti gli oggetti del sistema solare). PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRA
Datazioni assolute - isotopi
Uno dei primi meteoriti utilizzato e
stato “Canyon Diablo”, un meteorite
di ferro che attraversò l’atmosfera
terrestre dallo spazio ~ 50 mila
anni fa e fu trovato da alcuni
scienziati americani nel 1891 (i
nativi americani conoscevano e
usavano i frammenti ferrosi del
meteorite già dalla preistoria).
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRADatazioni assolute - isotopi L’età del meteorite (minerale Troilite FeS) è di 4.54 Ga, con un margine di errore di circa 70 Ma. PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRA
Datazioni assolute - isotopi
14Carbonio
14Azoto
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRAforma diossido di carbonio
(CO2) che viene assimilato dall’interazione di nuclei d’azoto dispersi nell’alta datare materiali organici quali ossa, legni, carbo-
dai sistemi viventi.
Datazioni assolute - isotopi
atmosfera e neutroni generati dai raggi cosmici ad ni degli ultimi 80 000 anni. Questo metodo radio-
metrico, messo a punto per la prima volta fra il
1945 e il 1955 dal professor Willard Frank Libby
assieme ai suoi collaboratori dell’Institute for Nu-
Raggi cosmici
100 14 C è continuamente
clear Studies di Chicago, scoperta che nel 1960 gli
14
N valse il Premio Nobel per la chimica, è quindi di
C presente nei viventi (%)
straordinario interesse per datare gli avvenimenti
creato in alta atmosfera
75
più recenti del Quaternario, per la preistoria e per
14
C l’archeologia.
50
Occorre, tuttavia, considerare anche i fattori
O2 dal bombardamento di
d’incertezza che questo metodo presenta, primo
14
CO2
25 fra tutti la possibile contaminazione di un cam-
Luce solare
atomi di
pione causata da14
N da parte dei
percolazione di acque, da incor-
14
6H2O + 614 CO2 → 14
C6H12O6 + 6O2↑ porazione di carbonio più giovane o più antico,
0
0 5 730 11 460 17 190 da contaminazione sul campo o in laboratorio.
raggi cosmici e in seguito
Inoltre, uno dei principî cardine su cui si basa il
Età (anni)
metodo del radiocarbonio, cioè che la concentra-
zione del 14C nell’atmosfera si sia mantenuta co-
il C continuamente
14nel tempo, è vero solo a grandi linee: vari
stante
fattori, infatti, possono influire sulla produzione
di 14C nell’alta atmosfera, dalle variazioni nell’at-
decade in atmosfera in
tività solare, alle fluttuazioni del campo magneti-
co terrestre, agli effetti delle eruzioni vulcaniche
Morte e seppellimento
e, recentemente, alle attività umane. Ciò comporta
14 N con un tempo di
l’esigenza di calibrare le datazioni ottenute con il
Tempo metodo del radiocarbonio attraverso i contributi
di altre discipline quali la dendrocronologia.
dimezzamento di 5740 a.
Alfonso Bosellini - Le
scienze della Terra - Dagli oceani perduti alle catene montuose • © Italo Bovolenta editore - 2013 5
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRAforma diossido di carbonio
(CO2) che viene assimilato dall’interazione di nuclei d’azoto dispersi nell’alta datare materiali organici quali ossa, legni, carbo-
dai sistemi viventi.
Datazioni assolute - isotopi
atmosfera e neutroni generati dai raggi cosmici ad ni degli ultimi 80 000 anni. Questo metodo radio-
metrico, messo a punto per la prima volta fra il
1945 e il 1955 dal professor Willard Frank Libby
assieme ai suoi collaboratori dell’Institute for Nu-
100
clear Studies di Chicago, scoperta che nel 1960 gli
Raggi cosmici
valse il Premio Nobel per la chimica, è quindi di
Queste continue reazioni
14
N
C presente nei viventi (%)
75 straordinario interesse per datare gli avvenimenti
più recenti del Quaternario, per la preistoria e per
14
C l’archeologia.
50
determinano un rapporto
Occorre, tuttavia, considerare anche i fattori
O2 d’incertezza che questo metodo presenta, primo
C/ N in atmosfera che
14
CO2
25 fra
14tutti 14
la possibile contaminazione di un cam-
Luce solare
pione causata da percolazione di acque, da incor-
14
6H2O + 614 CO2 → 14
C6H12O6 + 6O2↑ porazione di carbonio più giovane o più antico,
0
0 5 730 11 460
Età (anni)
17 190
possiamo misurare e
da contaminazione sul campo o in laboratorio.
Inoltre, uno dei principî cardine su cui si basa il
metodo del radiocarbonio, cioè che la concentra-
considerare in prima
zione del 14C nell’atmosfera si sia mantenuta co-
stante nel tempo, è vero solo a grandi linee: vari
fattori, infatti, possono influire sulla produzione
approssimazione stabile
di 14C nell’alta atmosfera, dalle variazioni nell’at-
tività solare, alle fluttuazioni del campo magneti-
Morte e seppellimento co terrestre, agli effetti delle eruzioni vulcaniche
nel tempo.
e, recentemente, alle attività umane. Ciò comporta
l’esigenza di calibrare le datazioni ottenute con il
Tempo metodo del radiocarbonio attraverso i contributi
di altre discipline quali la dendrocronologia.
Alfonso Bosellini - Le
scienze della Terra - Dagli oceani perduti alle catene montuose • © Italo Bovolenta editore - 2013 5
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRAforma diossido di carbonio
(CO2) che viene assimilato dall’interazione di nuclei d’azoto dispersi nell’alta datare materiali organici quali ossa, legni, carbo-
dai sistemi viventi.
Datazioni assolute - isotopi
atmosfera e neutroni generati dai raggi cosmici ad ni degli ultimi 80 000 anni. Questo metodo radio-
metrico, messo a punto per la prima volta fra il
1945 e il 1955 dal professor Willard Frank Libby
assieme ai suoi collaboratori dell’Institute for Nu-
100
clear Studies di Chicago, scoperta che nel 1960 gli
Raggi cosmici
14
N valse il Premio Nobel per la chimica, è quindi di
C presente nei viventi (%)
straordinario interesse per datare gli avvenimenti
Gli organismi viventi
75
più recenti del Quaternario, per la preistoria e per
14
C l’archeologia.
50
scambiano continuamente
Occorre, tuttavia, considerare anche i fattori
O2 d’incertezza che questo metodo presenta, primo
14
CO2
25 fra tutti la possibile contaminazione di un cam-
Luce solare
C e
pione
14 causata N con l’atmosfera
14da percolazione di acque, da incor-
14
6H2O + 614 CO2 → 14
C6H12O6 + 6O2↑ porazione di carbonio più giovane o più antico,
0
0 5 730 11 460 17 190 da contaminazione sul campo o in laboratorio.
circostante (per fotosintesi,
Inoltre, uno dei principî cardine su cui si basa il
Età (anni)
metodo del radiocarbonio, cioè che la concentra-
zione del 14C nell’atmosfera si sia mantenuta co-
respirazione, nutrizione)
stante nel tempo, è vero solo a grandi linee: vari
fattori, infatti, possono influire sulla produzione
di 14C nell’alta atmosfera, dalle variazioni nell’at-
tività solare, alle fluttuazioni del campo magneti-
Morte e seppellimento co terrestre, agli effetti delle eruzioni vulcaniche
e, recentemente, alle attività umane. Ciò comporta
l’esigenza di calibrare le datazioni ottenute con il
Tempo metodo del radiocarbonio attraverso i contributi
di altre discipline quali la dendrocronologia.
per cui finché vivono, il loro rapporto 14C/14N sarà in
equilibrio con quello atmosferico.
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scienze della Terra - Dagli oceani perduti alle catene montuose • © Italo Bovolenta editore - 2013 5
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRAforma diossido di carbonio
(CO2) che viene assimilato dall’interazione di nuclei d’azoto dispersi nell’alta datare materiali organici quali ossa, legni, carbo-
dai sistemi viventi.
Datazioni assolute - isotopi
atmosfera e neutroni generati dai raggi cosmici ad ni degli ultimi 80 000 anni. Questo metodo radio-
metrico, messo a punto per la prima volta fra il
1945 e il 1955 dal professor Willard Frank Libby
assieme ai suoi collaboratori dell’Institute for Nu-
100
clear Studies di Chicago, scoperta che nel 1960 gli
Raggi cosmici
14
N valse il Premio Nobel per la chimica, è quindi di
C presente nei viventi (%)
75 straordinario interesse per datare gli avvenimenti
più recenti del Quaternario, per la preistoria e per
14
C l’archeologia.
50
Occorre, tuttavia, considerare anche i fattori
O2
25
Alla morte dell’organismo il
d’incertezza che questo metodo presenta, primo
fra tutti la possibile contaminazione di un cam-
14
CO2 Luce solare
pione causata da percolazione di acque, da incor-
14
6H2O + 614 CO2 → 14
C6H12O6 + 6O2↑ 0 sistema si “chiude” e il
porazione di carbonio più giovane o più 14 C
antico,
0 5 730 11 460 17 190 da contaminazione sul campo o in laboratorio.
Età (anni) Inoltre, uno dei principî cardine su cui si basa il
decade in
metodo del radiocarbonio, cioè14 Nche la concentra-
zione del 14C nell’atmosfera si sia mantenuta co-
stante nel tempo, è vero solo a grandi linee: vari
(t = 5740 anni).
(1/2) possono influire sulla produzione
fattori, infatti,
di 14C nell’alta atmosfera, dalle variazioni nell’at-
tività solare, alle fluttuazioni del campo magneti-
Morte e seppellimento co terrestre, agli effetti delle eruzioni vulcaniche
e, recentemente, alle attività umane. Ciò comporta
l’esigenza di calibrare le datazioni ottenute con il
Tempo metodo del radiocarbonio attraverso i contributi
di altre discipline quali la dendrocronologia.
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scienze della Terra - Dagli oceani perduti alle catene montuose • © Italo Bovolenta editore - 2013 5
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRAforma diossido di carbonio
(CO2) che viene assimilato dall’interazione di nuclei d’azoto dispersi nell’alta datare materiali organici quali ossa, legni, carbo-
dai sistemi viventi.
Datazioni assolute - isotopi
atmosfera e neutroni generati dai raggi cosmici ad ni degli ultimi 80 000 anni. Questo metodo radio-
metrico, messo a punto per la prima volta fra il
1945 e il 1955 dal professor Willard Frank Libby
assieme ai suoi collaboratori dell’Institute for Nu-
Raggi cosmici
100
E’ possibile quindi misurare
clear Studies di Chicago, scoperta che nel 1960 gli
14
N valse il Premio Nobel per la chimica, è quindi di
C presente nei viventi (%)
straordinario interesse per datare gli avvenimenti
la variazione del rapporto
75
più recenti del Quaternario, per la preistoria e per
14
C l’archeologia.
50
C/ N noto iniziale (di
Occorre,
14 14tuttavia, considerare anche i fattori
O2 d’incertezza che questo metodo presenta, primo
14
CO2
25 fra tutti la possibile contaminazione di un cam-
Luce solare
quando cioè l’organismo
pione causata da percolazione di acque, da incor-
14
6H2O + 614 CO2 → 14
C6H12O6 + 6O2↑ porazione di carbonio più giovane o più antico,
0
0 5 730 11 460 17 190 da contaminazione sul campo o in laboratorio.
Età (anni)
era vivo, e che coincide
Inoltre, uno dei principî cardine su cui si basa il
metodo del radiocarbonio, cioè che la concentra-
zione del 14C nell’atmosfera si sia mantenuta co-
con quello noto
stante nel tempo, è vero solo a grandi linee: vari
fattori, infatti, possono influire sulla produzione
di 14C nell’alta atmosfera, dalle variazioni nell’at-
atmosferico) dovuta al
tività solare, alle fluttuazioni del campo magneti-
Morte e seppellimento co terrestre, agli effetti delle eruzioni vulcaniche
e, recentemente, alle attività umane. Ciò comporta
decadimento post-mortem
l’esigenza di calibrare le datazioni ottenute con il
Tempo metodo del radiocarbonio attraverso i contributi
di altre discipline quali la dendrocronologia.
di 14C in 14N.
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(CO2) che viene assimilato dall’interazione di nuclei d’azoto dispersi nell’alta datare materiali organici quali ossa, legni, carbo-
dai sistemi viventi.
Datazioni assolute - isotopi
atmosfera e neutroni generati dai raggi cosmici ad ni degli ultimi 80 000 anni. Questo metodo radio-
metrico, messo a punto per la prima volta fra il
1945 e il 1955 dal professor Willard Frank Libby
assieme ai suoi collaboratori dell’Institute for Nu-
100
clear Studies di Chicago, scoperta che nel 1960 gli
Raggi cosmici
14
N valse il Premio Nobel per la chimica, è quindi di
C presente nei viventi (%)
75 straordinario interesse per datare gli avvenimenti
più recenti del Quaternario, per la preistoria e per
14
C l’archeologia.
50
Occorre, tuttavia, considerare anche i fattori
O2
Ovvero, posso
d’incertezza che questo metodo presenta, primo
14
CO2
25 fra tutti la possibile contaminazione di un cam-
Luce solare
pione causata da percolazione di acque, da incor-
6H2O + 614 CO2 → 14
C6H12O6 + 6O2↑ 14 0 misurare l’età
porazione di carbonio più giovane o più antico,
0 5 730 11 460 17 190 da contaminazione sul campo o in laboratorio.
Età (anni) Inoltre, uno dei principî cardine su cui si basa il
trascorsa dalla morte
metodo del radiocarbonio, cioè che la concentra-
zione del 14C nell’atmosfera si sia mantenuta co-
stante nel tempo, è vero solo a grandi linee: vari
dell’organismo.
fattori, infatti, possono influire sulla produzione
di 14C nell’alta atmosfera, dalle variazioni nell’at-
tività solare, alle fluttuazioni del campo magneti-
Morte e seppellimento co terrestre, agli effetti delle eruzioni vulcaniche
e, recentemente, alle attività umane. Ciò comporta
l’esigenza di calibrare le datazioni ottenute con il
Tempo metodo del radiocarbonio attraverso i contributi
di altre discipline quali la dendrocronologia.
Alfonso Bosellini - Le
scienze della Terra - Dagli oceani perduti alle catene montuose • © Italo Bovolenta editore - 2013 5
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRADatazioni assolute - isotopi
Il metodo del 14C si applica solo a resti organici (ossa, denti, legno,
etc.) ed è utilizzabile per date fino a ~ 75.000 anni BP.
Il metodo del Carbonio 14 in origine si basava sull'assunto che la
concentrazione in atmosfera di questo isotopo fosse rimasta la stessa
nel corso del tempo. In realtà si scoprì intorno al 1960 che ciò non
era vero e che la quantità di carbonio radioattivo variava, leggermente,
in relazione all'influenza di vari fenomeni, di cui i più importanti sono
l'attività solare, quella vulcanica e la forza geomagnetica.
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRADatazioni assolute - isotopi
Questo comporta che il rapporto 14C/14N atmosferico attuale,
usato come punto di partenza per stimare l’inizio del decadimento
post-mortem di un organismo può essere stato in realtà diverso
dall’attuale al tempo della morte dell’organismo.
Ciò introduce quindi degli errori nelle stime dell’età di morte
dell’organismo stesso.
PROF. GIOVANNI VEZZOLI - A.A. 2019-2020 PRINCIPI DI SCIENZE DELLA TERRADatazioni assolute - isotopi
Per ovviare a questo problema, si possono eseguire misure di età
radiocarboniche su profili dendrocronologici.
Ovvero, si correlano le età assolute ottenute contando gli anelli di
crescita degli alberi (dendrocronologia) con le età radiocarboniche
ottenute dagli anelli stessi. In questo modo, si può stimare l’errore
del metodo radiocarbonico introdotto da variazioni di produzione
di 14C atmosferico nel passato poiché ogni anello di un albero
conserva traccia del tenore di 14C presente nell'atmosfera
nell'anno in cui si è formato.
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Nel corso di vari decenni si sono costruite curve
dendrocronologiche. Per l’Europa una curva per la quercia arriva
fino a 11 mila anni (Germania) e ~ 9 mila anni per l’Irlanda.
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Insieme alle datazioni radiometriche e ai fossili si sono poi
affiancati metodi di misura del tempo basati sull’inversione del
campo magnetico terrestre (magnetostratigrafia)
Magnetostratigrafia
Studio paleomagnetico teso ad individuare una serie di zone a polarità
normale e inversa di diversa lunghezza e in ordine stratigrafico in una
successione rocciosa
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chron Cox, Doell & Dalrympe (1963)
producono dati di polarità
magnetica su rocce datate
subchron con metodi radiometrici
producendo così la prima
Alan Cox (1926-1987)
scala di polarità magnetica. Geofisico USA
Cox nel 1969 compilò una
scala delle inversioni
magnetiche.
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chron Per convenzione ai chron è
stato dato il nome di famosi
paleomagnetisti (es. Brunhes)
subchron e ai subchron quello delle
località in cui sono stati
Alan Cox (1926-1987)
Geofisico USA
scoperti (es Reunion)
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Isotopi dell’ossigeno (STABILI non radioattivi)
16O 99.75%
18O 0.2%
17O 0.05%
Le indagini sugli isotopi stabili dell’ossigeno sono di molto
importanti poiché forniscono dati quantitativi sui cambiamenti
paleoambientali globali nel corso del record geologico
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Isotopi dell’ossigeno (STABILI non radioattivi)
16O 99.75%
18O 0.2%
17O 0.05%
La composizione isotopica dell’ossigeno può riflettere:
• Le paleotemperature
• Il volume dei ghiacci continentali
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Effetto glaciale
Cattura preferenziale, nelle
calotte polari e nei
ghiacciai continentali, di
molecole d’acqua
isotopicamente leggere
con il conseguente
aumento del δ18O negli
oceani.
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Isotopi dell’ossigeno (STABILI non radioattivi)
16O 99.75%
18O 0.2%
17O 0.05%
La composizione isotopica si esprime come deviazione per mille
rispetto ad uno standard di riferimento e si indica con il simbolo δ.
18 18
O O
sample − 16 standard
[ ]
16O O
δ 18O = 18O
x1000
16O
standard
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STANDARD
PDB (Pee Dee Belemnite)
SMOW (Standard Mean Ocean Water)
18O 18O
sa m pl e − sta n d ard
[ ]
16 O 16 O
δ 18O = 18O
x1000
16 O
sta n d ard
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Quindi “freddo o caldo” a
seconda che i valori del
δ18O aumentino o
diminuiscano rispetto agli
standard di riferimento
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Marine isotope stages (MIS)
Gli intervalli glaciali e
interglaciali riconosciuti sono
stati divisi e chiamati
MARINE ISOTOPE STAGE (MIS)
e vengono numerati a ritroso
partendo dall’interglaciale
attuale (MIS 1).
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Utilizzando le tecniche di cronologia relativa
(principi generali della geologia, i fossili, la
magnetostratigrafia), i metodi radiometrici (isotopi
radioattivi) e gli isotopi stabili (non radioattivi) è
stato possibile ricostruire tutta la storia del
nostro pianeta
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Scala temporale di riferimento per il pianeta Terra
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Piante sempreverdi
(Felci)
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Le prime forme di vita sono apparse
3.5 miliardi di anni fa
Le forme di vita più complesse (es. meduse)
sono apparse “solo” 600 milioni di anni fa
L’uomo “solamente” 6 milioni di anni fa
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Se paragoniamo l’età della Terra con un nostro anno e partiamo
dal 1 gennaio....
L’uomo è comparso circa a mezzogiorno del 31
dicembre
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