Introduzione alla datazione: metodi radiometrici ed incrementali

Quando si studia un fossile, o comunque un reperto antico, ci si pongono sempre due domande: la prima è "da dove viene?", mentre la seconda è "quanti anni ha?". Queste sono domande essenziali per riuscire a dare una collocazione spazio-temporale al repertorio, poiché senza di esse sarebbe impossibile avviare qualsiasi tipo di studio. Il tempo è un fattore fondamentale nel campo evoluzionistico, perché ci permette di capire quando un organismo è comparso (nel record fossile) e di ipotizzare i processi che caratterizzavano la vita di quell'organismo, come per esempio capire quando è vissuto e se ha coesistito con altre specie.

Esistono molti metodi di datazione, ma in generale si distinguono due grandi categorie:

• Datazione/cronologia relativa : riguarda per lo più l'ambito sedimentologico, di cui parlerò in un articolo specifico.

• Datazione/cronologia assoluta : serve per datare i fossili e gli eventi accaduti prima, durante o dopo la comparsa dell'organismo studiato. Permette di disporre in sequenza i vari eventi, indipendentemente dall'età reale del repertorio, e di comprendere se un contesto geologico è continuo o discontinuo, e se sono avvenuti certi mutamenti ambientali. La datazione assoluta richiede tempo per essere quantificata e misurata, ed è spesso facilitata dai cosiddetti "fossili guida".

I metodi di datazione si dividono in:

• Radiometrici : studiano l'abbondanza di un determinato isotopo radioattivo ei suoi "prodotti di decadimento".

• Incrementali : si basano sull'accumulo regolare di materiale biologico o sedimentario.

• Marker stratigrafici : stabilizzano l'equivalenza dell'età tra strati geologici.
  
  

I metodi radiometrici

Questo metodo si basa sull'abbondanza di un determinato isotopo radioattivo e dei suoi prodotti di decadimento, che avviene secondo tempi ben definiti, permettendoci di datare i reperti. Prima di spiegare i vari tipi di metodi di datazione radiometrica, è importante soffermarsi su alcuni termini e definizioni di chimica e fisica presenti nella seguente immagine (non preoccupatevi!).

Questo metodo si basa sulle proprietà radioattive di alcuni isotopi instabili che subiscono un cambiamento spontaneo nell'organizzazione atomica per acquisire una forma atomica più stabile. Ripassiamo i seguenti termini:

• Numero atomico : è il numero di protoni in un atomo.

• Peso atomico : somma delle masse di neutroni e protoni.

• Numero di massa atomica : somma del numero di neutroni e protoni.

• Isotopo : specie atomica di un elemento in cui varia il numero di neutroni, modificando di conseguenza il numero di massa atomica.

Il nucleo è costituito da protoni e neutroni, legati tra loro, mentre attorno al nucleo si muovono gli elettroni. Il numero di protoni e neutroni è generalmente stabile fino a quando il numero di neutroni diventa troppo elevato o troppo basso, rendendo la particella instabile. Questo squilibrio aumenta le forze repulsive tra particelle dello stesso segno (positivo o negativo), superando la forza di coesione che le tiene unite. Ciò provoca un rilascio spontaneo di energia o particelle, che è alla base della radioattività. Vengono rilasciati:

• Particelle alfa : consistono in 2 protoni e 2 neutroni (nuclei di elio carichi positivamente). Quando si scontrano con le particelle circostanti, acquisiscono elettroni per formare elio gassoso. La loro emissione cambia il numero atomico.

• Particelle beta : sono elettroni carichi negativamente. La loro emissione non cambia la massa, ma modifica il numero atomico. Gli elettroni possono spostarsi tra orbite o trasferirsi nel nucleo, che entra in uno stato sovraeccitato emettendo raggi gamma.

• Raggi gamma : conferiscono proprietà termoluminescenti ai minerali.

Decadimento radioattivo : Dopo aver ripassato questi termini, possiamo parlare del decadimento radioattivo, un processo fisico-nucleare in cui alcuni nuclei atomici instabili (o radioattivi) si trasformano in un certo periodo di tempo chiamato "tempo di decadimento", producendo nuclei con minore energia e raggiungendo uno stato più stabile. Analizzeremo il decadimento attraverso diversi metodi.

Il radiocarbonio (o carbonio-14) è probabilmente uno dei metodi più conosciuti per datare reperti antichi fino a 40.000 anni (in certi casi anche 60.000). Si forma negli strati della troposfera e della stratosfera dai neutroni dell'azoto. Il C-14 può decadere tornando a essere azoto-14, con un tempo di dimezzamento di 5730 anni. Gli atomi di C-14 vengono ossidati in CO2 e mescolati con altre molecole di anidride carbonica nell'atmosfera, venendo assorbiti dagli esseri viventi e dagli oceani. Se l'organismo è vivo, il C-14 viene costantemente rimesso in circolo, mentre in caso di morte rimane all'interno dell'organismo. Non venendo più rimesso in circolo, il C-14 decadrà nei tessuti organici o mineralizzati, permettendo di calcolare l'età di morte dalla quantità residua di C-14.

Esistono due metodi di datazione con il Carbonio-14:

• Dazione tradizionale al radiocarbonio : si contano e registrano le particelle beta emesse dagli atomi di C-14 in un dato periodo di tempo.

• Spettrometria di massa con acceleratore : utilizza acceleratori di particelle come spettrometri di massa per contare gli atomi di C-14. Questo metodo differisce dal primo perché non si contano i prodotti del decadimento, ma gli atomi stessi.

Il radiocarbonio ha una vita media di circa 8300 anni e un tempo di dimezzamento di 5730 anni; è un isotopo radioattivo. Quando studiamo il carbonio, ci interessano tre isotopi: il 12-C (che rappresenta circa il 99%), il 13-C (1%) e il 14-C (in concentrazione infinitesimale). Tutti e tre gli isotopi hanno Z=6, ma il 12-C ha 6 neutroni, il 13-C ne ha 7 e il 14-C ne ha 8. I primi due sono isotopi abbondanti e stabili, mentre il 14-C è instabile.

Il decadimento radioattivo si riferisce alla trasformazione di un atomo in un altro, radioattivo o stabile. Questa trasformazione è molto probabile quando un isotopo è instabile. Il decadimento segue una curva esponenziale, in cui il tasso di trasformazione diminuisce nel tempo. In questo caso il fenomeno di "dimezzamento", o decadimento, comporta la trasformazione del 14-C in 14-N, un elemento con energia inferiore.

Questa curva può essere descritta con alcune formule matematiche. Essendo un decadimento esponenziale, l'equazione differenziale per il calcolo della quantità di 14-C, indicata con N (N₀ rappresenta la quantità iniziale, mentre Nₜ indica la quantità attuale), è la seguente:

dN/dt = - λN

Con ulteriori integrazioni, otteniamo:

N(t) = N(0)e-λt

Possiamo riscriverla così:

N(t) = N(0)e-t/τ

Dove:

• λ è la probabilità di decadimento.

• τ è la vita media .

• T1/2 ​è il tempo di dimezzamento , cioè il tempo dopo il quale il numero di isotopi di un dato elemento si riduce alla metà del numero iniziale.
  
  

Le vite medie possono essere brevi o lunghe, a seconda delle proprietà chimico-fisiche dell'elemento (e di altri parametri). A cosa servono questi concetti? Anche se sembrano complessi e scollegati, in realtà ci aiutano a comprendere meglio il processo di formazione, trasformazione e permanenza del carbonio-14 sul nostro pianeta. Ricordiamo che il carbonio-14 ha una vita media di 8270 anni, e la "popolazione" di questo isotopo viene continuamente rifornita dai raggi cosmici, composti da protoni ad altissima energia, che interagiscono con azoto e ossigeno nella troposfera (16-20 km) attraverso reazioni nucleari che emettono neutroni. Come suggerisce il nome, questi neutroni sono "neutri", quindi non reagiscono direttamente, ma possono collidere con il nucleo di un elemento, rallentare e perdere energia. Una volta che hanno perso energia sufficiente, possono reagire con l'isotopo 14. Cerchiamo di essere sintetici in questo paragrafo, analizzando i punti salienti riguardanti la datazione del radiocarbonio:

• Si ha un perfetto equilibrio tra isotopi che si formano e decadono, poiché, come detto prima, i raggi cosmici riforniscono la popolazione dell'isotopo con protoni ad altissima energia.

• L'interazione tra neutroni e 14-N avviene solo in atmosfera (troposfera), poiché i neutroni non riescono a raggiungere il suolo terrestre.

• Si formano molti 14-C, che si uniscono all'O₂ e, essendo un gas, si diffondono ovunque (naturalmente, stiamo parlando della CO₂).

• I moti convettivi dell'atmosfera sono relativamente veloci, quindi, in poche ore o giorni, il 14-C si distribuisce quasi ovunque sul pianeta (non in modo omogeneo, ma ne parleremo dopo).

• Una volta giunto sulla terra, il 14-C (legato all'O₂ come CO₂) entra nei meccanismi metabolici degli organismi. Viene assorbito dalle piante, che a loro volta vengono mangiate dagli animali erbivori (anche se non esiste una dieta rigidamente definita nel mondo animale, ma ne parleremo in un altro post), che saranno poi mangiati da altri animali.

• In questo modo, il 14-C arriva ai cosiddetti 'carnivori', con il cibo che compensa la perdita dovuta al decadimento radioattivo. Alla morte dell'organismo (punto fondamentale per la datazione), il 14-C non viene più compensato e inizia a decrescere nei cadaveri secondo tassi ben definiti, lasciando solo gli isotopi stabili come il 12-C e il 13-C. Così, confrontando la quantità "odierna" di 14-C in un reperto con quella di 12-C, è possibile stabilire quanto tempo è passato dalla morte dell'organismo (anche se, a voler essere precisi, questa tecnica non ci dice quanto è antico un reperto organico, ma da quanto tempo l'organismo è morto). Naturalmente, i processi sono più complessi di quanto possano sembrare, perché non sempre si conosce la concentrazione iniziale di 14-C. Di conseguenza, si fanno delle assunzioni schematiche poiché l'età del radiocarbonio convenzionale non coincide sempre con la migliore stima dell'età, che va poi corretta.
  
  Vediamo alcune problematiche:

  1. Si utilizza un valore convenzionale di 1.18 x 10⁻¹² pmc come "concentrazione iniziale". Alla fine dei calcoli, seguendo anche altri studi, si "aggiusta il tiro" con tecniche di calibrazione (che possono variare da studio a studio).

  2. La concentrazione di 14-C varia in base alla latitudine e longitudine. Ad esempio, la formazione di 14-C è cinque volte maggiore ai poli rispetto all'equatore. Questo perché ai poli le traiettorie dei raggi cosmici vengono deflesse dal campo magnetico terrestre. Inoltre, l'atmosfera circola molto velocemente e, in circa un mese, le concentrazioni tra equatore e poli si mescolano. Tuttavia, è bene ricordare che ci sono pochi rimescolamenti tra i due emisferi, poiché le perturbazioni atmosferiche raramente attraversano l'equatore.

  3. La concentrazione di 14-C non è mai stata costante, per vari motivi antropici e naturali:

     • Il flusso dei raggi cosmici può variare, per esempio, a causa dei cicli dell'attività solare;

     • Le eruzioni vulcaniche non aiutano, provocando un effetto simile a quello di Suess;

     • L'effetto Suess, legato all'industrializzazione, ha ridotto la concentrazione di 14-C: durante il XIX secolo è stato bruciato carbone fossile, che non contiene 14-C recente, rilasciando solo CO₂ e abbassando così la concentrazione dell'isotopo nell' atmosfera;

     • I test nucleari, specialmente tra il 1950 e il 1960, hanno liberato grandi quantità di neutroni, aumentando la quantità di 14-C nell'atmosfera (per questo motivo è difficile datare reperti recenti, e già con quelli medievali possono sorgere complicazioni);

     • Nelle acque marine, la concentrazione di 14-C è inferiore rispetto all'atmosfera perché i moti oceanici sono più lenti. Quindi, la CO₂ in mare decade prima. Questo implica che un pesce morto da pochi secoli potrebbe avere meno 14-C rispetto a un animale terrestre, il che porterebbe a risultati di datazione errati, facendo sembrare che sia morto 200-300 anni prima. Un effetto simile si verifica nei fiumi e nei laghi, dove possono esserci carbonati privi di 14-C.
       

In conclusione, l'età del radiocarbonio convenzionale non coincide sempre con la migliore stima dell'età reale, che deve essere corretta attraverso tecniche di calibrazione come la dendrocronologia (analisi degli anelli degli alberi).

Come si misurano le concentrazioni di 14-C? Generalmente, si confrontano i rapporti tra 14-C e 12-C (da cui si ricava l'età convenzionale), tenendo conto anche del 13-C, perché sappiamo che la sua quantità resta costante, mentre il 14-C decade quando un L'organismo muore, diminuendo la sua concentrazione. Questo processo richiede continue calibrazioni e misurazioni accurate della concentrazione di 14-C, poiché da essa dipende l'età convenzionale. In pratica, se per un tempo T=8300 anni facciamo una stima con un errore dell'1% nella misurazione della concentrazione di 14-C, l'errore assoluto sarà di circa 80 anni. Se invece l'errore è dello 0,5%, l'errore assoluto scenderà a circa 40 anni.

Errori assoluti e la necessità di aggiungere il termine "circa" quando parliamo di datazioni in un articolo divulgativo. In questo piccolo paragrafo, spero di risolvere un annoso problema che riguarda l'utilizzo delle date e delle datazioni quando si parla di reperti antichi. Dopo aver letto tutto ciò che ho scritto precedentemente, avrete sicuramente capito che, quando si effettuano queste misurazioni, c'è sempre un margine di errore. Potrebbe derivare dalla strumentazione, dalla mancanza di alcuni dati, ma non si tratta mai di misure 'perfette'.

Ecco, come potete vedere nell'ultima immagine, le datazioni sono accompagnate da un range di errore. Cioè, sicuramente in quell'intervallo di tempo (indicato da + e -) ci sarà il reale valore, ma la strumentazione a nostra disposizione non riuscirà mai a fornire un risultato assoluto, tranne in alcuni casi in cui il range è davvero infinitesimale. Per esempio, in Calabria esiste la famosa 'Vrica', un riferimento stratigrafico che rappresenta una datazione quasi assoluta e con un margine di errore davvero minimo. Tuttavia, come potete vedere dall'immagine, anche ISPRA inserisce il 'circa' dopo la datazione, poiché un minimo di errore ci sarà sempre e comunque.

Qui entriamo nel mondo della statistica, ma vi parlerò brevemente solo dell'errore assoluto attraverso un'immagine, così da capire cosa sono quei "+" e "-" dopo l'età. 201,4 milioni è la media di un'infinità di calcoli che ha portato a questo risultato, e 0,2 milioni (o duecentomila) è il range di errore, ovvero l'intervallo di tempo nel quale è possibile trovare tutte le misure effettuate . Diciamo che i valori misurati si aggirano tra il valore minimo (201,2) e un valore massimo (201,6); tuttavia, non è assolutamente 201,4 milioni la reale dazione, ma soltanto la media. Il dato reale? Non possiamo saperlo, ma sappiamo che si trova in quell'intervallo. Per questo, più di così non si può essere precisi (nemmeno con il radiocarbonio. Anche se studia reperti 'recenti', la quantità di 14-C non è mai la stessa e tutto ciò implica sempre una certa approssimazione, minore o maggiore, che dipenderà dai dati a disposizione e dagli strumenti analizzati). Quindi, cercate di utilizzare il termine "circa" quando parlate di datazioni. Non fa schifo e non c'è da vergognarsi.

Qui entriamo nel mondo della statistica, ma vi parlerò brevemente solo dell'errore assoluto attraverso un'immagine, così da capire cosa sono quei "+" e "-" dopo l'età. 201,4 milioni è la media di un'infinità di calcoli che ha portato a questo risultato, e 0,2 milioni (o duecentomila) è il range di errore, ovvero l'intervallo di tempo nel quale è possibile trovare tutte le misure effettuate . Diciamo che i valori misurati si aggirano tra il valore minimo (201,2) e un valore massimo (201,6); tuttavia, non è assolutamente 201,4 milioni la reale dazione, ma soltanto la media. Il dato reale? Non possiamo saperlo, ma sappiamo che si trova in quell'intervallo. Per questo, più di così non si può essere precisi (nemmeno con il radiocarbonio. Anche se studia reperti 'recenti', la quantità di 14-C non è mai la stessa e tutto ciò implica sempre una certa approssimazione, minore o maggiore, che dipenderà dai dati a disposizione e dagli strumenti analizzati). Quindi, cercate di utilizzare il termine "circa" quando parlate di datazioni. Non fa schifo e non c'è da vergognarsi.

Houston, abbiamo problemi di datazione con il radiocarbonio" (per la fonte, clicca qui. Lo studio è del 2022). Il metodo del C-14 (carbonio-14, un isotopo del carbonio), o del radiocarbonio, è una delle tecniche di datazione più famose e utilizzate, che permette di stimare la "quantità", o meglio l'abbondanza, di vari isotopi stabili e comuni (C-12 e C-13) che vengono relazionati con quella del C-14, che tende a diminuire dopo la morte di un organismo. Questo perché, in vita, gli organismi assorbono queste tipologie di carbonio, mentre con la morte non vi è più un ricambio del C-14, che rimarrà intrappolato nell'organismo o nel repertorio, diminuendo nel tempo. Il tempo di dimezzamento medio (o emivita) del C-14 è di circa 5.700 anni, e, in parole povere, possiamo datare reperti antichi fino a circa 50.000 anni: minore è il rapporto di C-14, più è antico un reperto.

Naturalmente, l'abbondanza del C-14 varia nel corso del tempo a causa di eruzioni vulcaniche o della latitudine; Pertanto, è necessario ricalibrare sempre gli strumenti per ottenere la stima più precisa possibile. Ma questo pone un limite: è impossibile datare reperti recenti, soprattutto a partire dall'inizio della Rivoluzione Industriale. Di conseguenza, la datazione al carbonio è sempre più "ostacolata" dall'aumento delle emissioni dei combustibili fossili, poiché questi rilasciano rapidamente CO2 che non contiene 14-C. E non solo: tra il 1952 e il 1962, i test nucleari hanno praticamente raddoppiato la quantità di C-14, tanto da aver assorbito il carbonio dall'oceano e dagli esseri viventi.

Ma questo lo sapevamo già. Qual è, allora, la novità?

A partire dal 2021, gli effetti appena citati sembrano essere "annullati a vicenda", e questo comporta che il C-14 che può essere rinvenuto negli attuali materiali è lo stesso di quelli del periodo preindustriale. Considerando anche che i combustibili fossili vengono ancora bruciati, la quantità di C-14 nell'aria tenderà a diminuire. Questa 'simulazione del passato' renderà problematici i dati dei reperti più recenti. Le previsioni non sono delle più rosee: si prevede che entro il 2050 il rapporto di C-14 sarà simile a quello del Medioevo (V-XV secolo). Di conseguenza, in futuro, le tecniche di datazione al radiocarbonio potrebbero far sembrare reperti recenti più antichi, magari proprio appartenenti al Medioevo, poiché potrebbe non esserci più distinzione tra il presente e il passato in termini di abbondanza per quanto riguarda il C-14.

Altri metodi radiometrici

• Dazione potassio/argon e argon/argon : questi metodi sono estremamente utili per la datazione di rocce vulcaniche, con una precisione che diventa più affidabile da 100.000 anni in su, a condizione che le rocce in questione contengano potassio. Il K-40 decade attraverso l'emissione di raggi beta, trasformandosi in Ca-40 (calcio), ma questo non è un processo affidabile, in quanto il calcio è molto abbondante. Al contrario, il potassio può anche decadere in Ar-40 (argon) attraverso la cattura elettronica, rimanendo intrappolato nel reticolo cristallino. Poiché l'argon è un gas, la premessa fondamentale è che esso non deve fuoriuscire dal reticolo cristallino; fortunatamente molti campioni riescono a trattenere efficacemente questo gas. Un altro metodo di datazione è l'argon/argon (Ar-40/Ar-39), che può essere utilizzato per datare sia rocce recenti che antiche, a patto che il campione studiato non superi i 10 grammi.

• Datazione con la serie dell'uranio : qui si evidenziano interessanti possibilità, poiché l'uranio-235, l'uranio-238 e il torio-232 decadono tutti in piombo, formando una serie di nuclidi intermedi utilizzati per la datazione dei reperti. L'uranio è generalmente contenuto in prodotti solubili in acqua, mentre i prodotti contenenti torio tendineo si sedimentano. In fisica nucleare, l'equilibrio è una situazione in cui la quantità di un isotopo radioattivo rimane costante, poiché il suo tasso di produzione è uguale al suo tasso di decadimento. Se la serie di decadimento non viene interrotta, gli isotopi genitori e figli rimangono in equilibrio radioattivo. Se la serie è interrotta, il sistema va in disequilibrio (ad esempio, a causa della perdita di radon) per tornare in uno stato di equilibrio attraverso un nuovo decadimento. Quando il decadimento dell'uranio viene interrotto e alcuni prodotti vengono espulsi, quindi ci troviamo in uno stato di disequilibrio, possiamo iniziare a datare: Th-230/U-234 viene utilizzato per datazioni fino a circa 350.000 anni; Pa-231 (protoattinio)/U-234 e Pa-231/Th-230 vengono utilizzati per datazioni comprese tra i 200.000 ei 250.000 anni. L'età dei sedimenti di fondo lacustre e marino viene stimata misurando il tasso di decadimento del torio o del protoattinio, mentre l'età dei carbonati fossili, dei denti e delle ossa viene misurata e derivata dagli accumuli dei prodotti di decadimento dell'uranio contenuto nei carbonati. Questi due metodi di datazione si basano sull'eccesso o sulla deficienza di nuclidi che si formano durante il disequilibrio radioattivo.

• La datazione a tracce di fissione è un metodo utilizzato per datare i cristalli che contengono U-238 e si basa sulla fissione spontanea di quest'isotopo, che provoca la ionizzazione degli atomi vicini, creando una serie di "schegge di esplosione". Calcolando il numero di tali schegge, è possibile determinare il tempo trascorso dalla fissione.

• La termoluminescenza è un metodo che può essere applicato a qualsiasi materiale contenente uranio, torio o potassio, o qualsiasi materiale nelle vicinanze di questi isotopi, poiché verranno bombardati da raggi alfa, beta e gamma. I materiali si ionizzano catturando elettroni che verranno rilasciati attraverso il riscaldamento del materiale, emettendo una luce. L'intensità di questa luce è proporzionale al numero di elettroni catturati nel reticolo cristallino; quindi, l'intensità della termoluminescenza è proporzionale alla quantità di radiazione ricevuta ogni anno.

• Luminescenza stimolata otticamente : in questo metodo, il materiale viene bombardato con radiazioni, e la risposta luminescente è correlata al numero di elettroni presenti. Questo metodo viene utilizzato esclusivamente per datare i minerali, permettendo di calcolare un'età massima di circa 300.000 anni.

• Risonanza di spin elettronico (ESR) : in questo metodo, il materiale viene immerso in un campo elettromagnetico, e la quantità di radiazioni immagazzinata è calcolata e correlata con l'età del campione.

• Berillio-10 : questo metodo permette la datazione dei ghiacciai attraverso il calcolo della quantità di radiazioni cosmiche che bombardano il materiale glaciale.

I METODI INCREMENTALI
Si basano sull’accumulo regolare di materiale biologico o di materiale sedimentario. Vediamone alcuni.

La cronologia delle varve glaciolacustri si basa sull’accumulo di sedimenti in laghi proglaciali, che si formano con lo sbarramento di una morena o durante il ritiro del ghiacciaio, o dall’acqua intrappolata per fusione, e in bacini poco profondi in seguito a una veloce fusione del ghiaccio nel periodo estivo. Le particelle più grandi, come quelle di argilla, si depositeranno per prime, mentre quelle più fini rimarranno in sospensione. Durante l’inverno, le particelle fini si depositano producendo delle sorta di lamine argillose che si sovrappongono a quelle grossolane estive. Si tratta di un processo annuo che permette di contare quante volte il sedimento fine entra in contatto con quello più grossolano.Ho iniziato con la spiegazione delle varve glaciolacustri perché è l’esempio più semplice per spiegare questo tipo di datazione. Inoltre, i casi in cui si può utilizzare questa tecnica sono molti e si basano solitamente su accumuli stagionali e ritmici di qualsiasi tipo di sedimento che presenta lamine organizzate a coppie (una lamina sottile ed una lamina grossolana). Questi sedimenti sono chiamati ritmiti.

La lichenometria è una tecnica basata sulla relazione diretta tra la dimensione del lichene e la sua età, che aiuta a stimare l'età del substrato su cui cresce. I licheni sono forme di simbiosi tra alghe, che forniscono carboidrati mediante la fotosintesi, e funghi che forniscono una sorta di protezione alle alghe stesse. Un esempio lampante è quello della specie Rhizocarpon geographicum, che può crescere per migliaia di anni e viene utilizzata per datare campioni dell'Olocene. In ambienti estremi, questa specie può essere utilizzata per datare campioni fino a circa 4500 anni fa, mentre in ambienti meno estremi può essere utilizzata per datare campioni fino a circa 500 anni fa.

La dendrocronologia sfrutta la contabilità delle serie di anelli di crescita all'interno del tronco degli alberi, una pratica molto comune. Questi anelli, o cerchi annuali, si formano grazie alle cellule preposte al trasporto dell'acqua e dei nutrienti che vengono aggiunti stagionalmente nella sezione più esterna del tronco. Contando questi cerchi di crescita, è possibile determinare l'età dell'albero. Tuttavia, ci sono alcune problematiche da considerare. I legni non sono tutti uguali poiché la dimensione degli anelli è influenzata dal clima, dall'apporto di acqua e nutrienti, e non tutti gli alberi hanno anelli ben definiti. In condizioni stressanti, gli anelli sono più piccoli, mentre in ambienti più favorevoli sono più larghi. Il metodo di datazione si suddivide in diverse fasi:

• Misurazione: Gli alberi morti o fossili vengono spesso tagliati per osservare meglio gli anelli di crescita tramite carotaggi o l'uso del microscopio.

• Cross-datazione: Si datano più alberi provenienti da una ristretta area geografica. Questo perché gli anelli possiedono caratteristiche simili in aree ristrette, consentendo di correlare temporalmente i vari alberi e di raggiungere una datazione massima di circa 20.000 anni.

• Standardizzazione: Con questo metodo si cerca di trovare una sorta di via di mezzo per la correlazione dell'età tra gli alberi. Gli alberi più giovani hanno una crescita più vigorosa rispetto a quelli più anziani, rendendo difficile la cross-datazione. Pertanto, ogni serie di anelli va standardizzata, trasformando i valori dell'ampiezza degli anelli in indici di ampiezza annuale.

I maker stratigrafici sono utilizzati principalmente per depositi quaternari e si basano sull'individuazione di strati o eventi specifici che fungono da punti di riferimento temporali nella serie stratigrafica. Questi marker devono essere prima datati con metodi radiometrici o incrementali. Successivamente, consentono di estendere le stime delle date su altri strati, rappresentando così una sorta di metodo di 'datazione indiretta'. Un esempio di questo approccio è la tefrocronologia, utilizzata per datare certi strati successivi a un'eruzione vulcanica. Durante un'eruzione, le ceneri e la tefra (l'insieme di materiali piroclastici prodotti durante l'eruzione) si estendono in aree relativamente ampie e si depositano su sedimenti lacustri o marini, terrazze fluviali, estuari, eccetera. L'età delle ceneri viene stabilita utilizzando metodi come il radiocarbonio o le tecniche potassio-argon/argon-argon. Ciò consente di datare gli strati sedimentari che sono entrati a contatto con queste emissioni vulcaniche, così come gli altri strati sedimentari.

La cronologia basata su processi di alterazione chimica si basa sull'analisi dei cambiamenti chimici che avvengono dopo la morte di un organismo. Quando un organismo muore, una serie di processi chimici alterano i tessuti demolendoli e producendo composti con una struttura più semplice. Un esempio eclatante di questo approccio è la geocronologia degli aminoacidi, che si basa su cambiamenti molecolari che avvengono periodicamente. Le proteine esposte ad agenti biologici e/o atmosferici si degradano più lentamente se protette dai gusci o dalle ossa, quindi alcuni tempi di reazione hanno un range temporale tra i 50.000 anni ed alcuni milioni di anni o anche range molto più bassi. L'età relativa dei fossili con questo metodo si basa su due processi diagenetici:

1. Idrolisi: Questo processo libera aminoacidi che, legati ai peptidi, si accumuleranno nel tempo. Quindi, contando gli aminoacidi, è possibile stimare l'età.

2. Racemizzazione: In questo meccanismo, gli L-isomeri vengono convertiti in D-isomeri. Contando il rapporto L/D nel materiale fossile, è possibile calcolare il tempo trascorso dalla morte di un organismo.

Un altro tipo di alterazione chimica si basa sullo studio del contenuto di fluoro e uranio e sulla perdita di azoto nelle ossa fossili.

In pratica, il rapporto Fluoro-Fosforo fornisce informazioni sull' 'arricchimento' e permette di calcolare il tempo trascorso, poiché l'apatite assorbe fluoro dalle acque interstiziali nel corso del tempo. Il fluoro fissato nelle ossa difficilmente viene rimosso, quindi è possibile determinare se un organismo rimosso da un certo deposito sia autoctono o alloctono. Lo stesso discorso si applica all'uranio incorporato nelle ossa fossili, utilizzando lo stesso metodo del fluoro, contando le emissioni di uranio. L'età relativa dei fossili, invece, viene stabilita analizzando il contenuto di azoto nelle ossa: quando i materiali proteici scompaiono dal collagene dell'osso, scompare anche l'azoto, indicando un'età crescente.

L'idratazione dell'ossidiana è un metodo di datazione che si basa sull'assorbimento di acqua dalle superfici esposte dell'ossidiana, formando uno strato chiamato perlite. Lo spessore di questo strato di idratazione riflette l'intervallo di tempo trascorso dall'esposizione della superficie dell'ossidiana all'ambiente circostante. Utilizzando questo metodo, è possibile ottenere età comprese tra circa 200 anni e 200.000 anni, a seconda dello spessore dello strato di idratazione.

L'alterazione meteorica delle superfici rocciose è un processo che avviene a causa dell'esposizione alle condizioni atmosferiche, come pioggia, vento, temperatura e umidità. Un esempio di questo tipo di alterazione è la dissoluzione del cemento carbonatico, che porta alla formazione di una sorta di "vernice di roccia" composta da quarzo e titanio. Questa vernice si forma quando i minerali si dissolvono e si depositano sulla superficie rocciosa.

C è il simbolo dell'elemento, A il numero di massa e Z il n. atomico

La curva esponenziale legata al decadimento. Fonte: Wikiversity

Tempo di dimezzamento legato agli isotipi del Carbonio e dell'azoto

Schema riassuntivo della formula

Fonte: International Commission on Stratigraphy

La 'datazione assoluta' de La Vrica

Formule per il calcolo dell'errore