giovedì 22 febbraio 2007
Provateci voi
Nel primo post ho voluto introdurre in maniera un po' informale un metodo di datazione molto famoso che è quello del C14. Ma di metodi ne esistono anche altri. Non è difficile scovarli. Provate a fare una ricerca in internet. Dopo averne scelto uno cercate di descriverlo ai vostri compagni.
Cominciamo col C14
Il tempo rappresenta da sempre uno dei concetti più elementari ma altrettanto difficili da definire per la mente umana. Ognuno di noi infatti ha una chiara percezione del suo fluire, ma alla domanda “Che cosa è il tempo?” avrebbe qualche difficoltà a rispondere. Tuttavia , pur ignorando la sua vera natura, siamo in grado di misurarlo in maniera precisa, fin troppo forse (quante volte trovandoci in ritardo abbiamo odiato l’orologio, quasi che col suo scandire inesorabilmente i minuti fosse egli stesso l’artefice del tempo!). Ma se i segni del trascorrere del tempo sono riconoscibili sugli esseri animati, è più difficile attribuire un’età ad un oggetto come un sasso od un reperto archeologico che esistono da prima di noi. Com’è dunque possibile? Il punto è che bisogna leggere l’orologio giusto. Ma che significa l’orologio giusto? Mica i sassi vanno in giro con il Rolex al polso! Battuta a parte, la risposta venne in mente nel 1950 a Willard Libby ed al suo gruppo di ricerca mentre stavano mettendo a punto una strumentazione per misurare la quantità di Carbonio-14 presente in alcuni campioni di gas metano prelevato dalle fogne di Baltimora per studi di fisica nucleare che includevano anche la misurazione del fallout degli esperimenti nucleari ( il fallout è la ricaduta dei materiali radioattivi dopo un’esplosione nucleare). Ma facciamo un passo indietro e spieghiamo cos’è la radioattività. Parola ultimamente un po’ abusata ed associata ad un significato negativo, sembra che la radioattività sia un fenomeno artificiale creato dall’uomo. Ed invece la radioattività è un fenomeno del tutto naturale. Tutta la materia che conosciamo e di cui sono fatti tutti gli oggetti compresi noi stessi, è fatta di atomi. Ogni atomo è composto da una parte puntiforme molto densa detta nucleo, formata a propria volta da particelle dette protoni e neutroni e da uno stuolo di particelle che girano attorno al nucleo come una sciame d’api impazzito chiamate elettroni.
Per darvi un’idea delle proporzioni dell’atomo ricorrerò ad un paragone calcistico; se immaginate che il nucleo sia il dischetto centrale del campo di San Siro, il primo elettrone lo troverete sull’ultimo anello dello stadio! Concentriamo ora la nostra attenzione sul nucleo; il nucleo è sede di forze incredibilmente elevate. Sotto l’azione di queste forze vi sono nuclei che si mantengono stabili ed altri invece che non ce la fanno a resistere e si trasformano spontaneamente emettendo radiazioni che rilasciano energia. Ebbene i nuclei meno “resistenti” che si trasformano sono i responsabili della radioattività . La maggior parte degli atomi contenuta nelle cose è stabile ma c’è anche una piccola parte di atomi instabili cioè radioattivi .Il punto allora è questo: se io vado a contare la quantità di atomi stabili nel tempo in un oggetto, troverò sempre lo stesso numero mentre se conto gli atomi instabili nel tempo ne trovo sempre meno perché più tempo passa più ne mutano e quindi più ne scompaiono. Questo fenomeno prende il nome di decadimento radioattivo e segue una legge statistica ben precisa. Ogni specie radioattiva possiede un particolare tempo detto di “dimezzamento”, definito come il periodo che devo aspettare perché la quantità di atomi radioattivi si riduca di metà. Facciamo un esempio: supponiamo di avere 100 atomi di Carbonio-14 che è un elemento radioattivo, quanto tempo devo attendere per trovarmi con solo 50 atomi? La risposta è 5700 anni circa. E se volessi restare con solo 25 atomi? Altri 5700 anni ancora. L’orologio giusto di cui parlavo prima è allora costituito da questi atomi radioattivi contenuti in tutti gli oggetti. In natura la percentuale di atomi radioattivi rispetto a quelli stabili è precisamente definita e nel caso del Carbonio-14 si ha che esso rappresenta meno dello 0.01% di tutto il Carbonio esistente. Questa stessa proporzione che è presente nell’atmosfera e nell’acqua è la medesima che si trova dentro un organismo che vive in tale ambiente naturale. Infatti, fintanto che un organismo è in vita, è in equilibrio con l’ambiente e quindi si può ritenere che la sua concentrazione di Carbonio-14 sia praticamente coincidente con quella di quest’ultimo. Ma quando l’organismo muore, questa situazione di equilibrio si interrompe e la quantità globale di carbonio-14 diminuisce per decadimento radioattivo. Il momento della morte è il tempo zero dell’orologio che scandisce il tempo trascorso. Andando quindi a misurare la quantità residua di carbonio-14 rimasto nell’organismo, e sapendo quella che doveva essere presente al momento della morte, si riesce a calcolare l’epoca in cui tale organismo è esistito. La maggior parte dell’interesse iniziale venne da parte degli archeologi che in questo modo avevano a disposizione un potente strumento per riuscire ad assegnare una datazione a reperti di difficile classificazione. Con il metodo del Carbonio-14 si può risalire con ragionevole certezza fino a circa 22.000 anni nel passato. Ma la stessa tecnica applicata ad altri elementi radioattivi permette di risalire indietro nel tempo fino a qualche miliardo di anni! E’ quindi in questo stesso modo che si può stimare l’età di una roccia o della Terra stessa. Ovviamente questa è solo l’essenza del metodo che nella realtà incontra non poche difficoltà operative, una tra tutte il fatto che la quantità di Carbonio-14 e degli altri elementi non è sempre rimasta costante sia per cause naturali sia per cause artificiali. Tra le cause artificiali più recenti i test atomici in atmosfera effettuati tra gli anni 50 e 60 . Ma la tecnica di datazione tramite elementi radioattivi ha anche altre notevoli applicazioni quali ad esempio in campo artistico per stabilire l’originalità di un dipinto, per prevenire frodi alimentari oppure e non ultimo per riuscire a conoscere il clima che ha governato la Terra in passato in modo tale da aiutarci a capire che cosa ci aspetta nel prossimo futuro.
Per darvi un’idea delle proporzioni dell’atomo ricorrerò ad un paragone calcistico; se immaginate che il nucleo sia il dischetto centrale del campo di San Siro, il primo elettrone lo troverete sull’ultimo anello dello stadio! Concentriamo ora la nostra attenzione sul nucleo; il nucleo è sede di forze incredibilmente elevate. Sotto l’azione di queste forze vi sono nuclei che si mantengono stabili ed altri invece che non ce la fanno a resistere e si trasformano spontaneamente emettendo radiazioni che rilasciano energia. Ebbene i nuclei meno “resistenti” che si trasformano sono i responsabili della radioattività . La maggior parte degli atomi contenuta nelle cose è stabile ma c’è anche una piccola parte di atomi instabili cioè radioattivi .Il punto allora è questo: se io vado a contare la quantità di atomi stabili nel tempo in un oggetto, troverò sempre lo stesso numero mentre se conto gli atomi instabili nel tempo ne trovo sempre meno perché più tempo passa più ne mutano e quindi più ne scompaiono. Questo fenomeno prende il nome di decadimento radioattivo e segue una legge statistica ben precisa. Ogni specie radioattiva possiede un particolare tempo detto di “dimezzamento”, definito come il periodo che devo aspettare perché la quantità di atomi radioattivi si riduca di metà. Facciamo un esempio: supponiamo di avere 100 atomi di Carbonio-14 che è un elemento radioattivo, quanto tempo devo attendere per trovarmi con solo 50 atomi? La risposta è 5700 anni circa. E se volessi restare con solo 25 atomi? Altri 5700 anni ancora. L’orologio giusto di cui parlavo prima è allora costituito da questi atomi radioattivi contenuti in tutti gli oggetti. In natura la percentuale di atomi radioattivi rispetto a quelli stabili è precisamente definita e nel caso del Carbonio-14 si ha che esso rappresenta meno dello 0.01% di tutto il Carbonio esistente. Questa stessa proporzione che è presente nell’atmosfera e nell’acqua è la medesima che si trova dentro un organismo che vive in tale ambiente naturale. Infatti, fintanto che un organismo è in vita, è in equilibrio con l’ambiente e quindi si può ritenere che la sua concentrazione di Carbonio-14 sia praticamente coincidente con quella di quest’ultimo. Ma quando l’organismo muore, questa situazione di equilibrio si interrompe e la quantità globale di carbonio-14 diminuisce per decadimento radioattivo. Il momento della morte è il tempo zero dell’orologio che scandisce il tempo trascorso. Andando quindi a misurare la quantità residua di carbonio-14 rimasto nell’organismo, e sapendo quella che doveva essere presente al momento della morte, si riesce a calcolare l’epoca in cui tale organismo è esistito. La maggior parte dell’interesse iniziale venne da parte degli archeologi che in questo modo avevano a disposizione un potente strumento per riuscire ad assegnare una datazione a reperti di difficile classificazione. Con il metodo del Carbonio-14 si può risalire con ragionevole certezza fino a circa 22.000 anni nel passato. Ma la stessa tecnica applicata ad altri elementi radioattivi permette di risalire indietro nel tempo fino a qualche miliardo di anni! E’ quindi in questo stesso modo che si può stimare l’età di una roccia o della Terra stessa. Ovviamente questa è solo l’essenza del metodo che nella realtà incontra non poche difficoltà operative, una tra tutte il fatto che la quantità di Carbonio-14 e degli altri elementi non è sempre rimasta costante sia per cause naturali sia per cause artificiali. Tra le cause artificiali più recenti i test atomici in atmosfera effettuati tra gli anni 50 e 60 . Ma la tecnica di datazione tramite elementi radioattivi ha anche altre notevoli applicazioni quali ad esempio in campo artistico per stabilire l’originalità di un dipinto, per prevenire frodi alimentari oppure e non ultimo per riuscire a conoscere il clima che ha governato la Terra in passato in modo tale da aiutarci a capire che cosa ci aspetta nel prossimo futuro.
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