Metodi di datazione assoluta

I metodi di datazione assoluta permettono di attribuire una determinata età alle rocce e a fossili e dunque anche all'evento che li ha originati, specificando la sua durata.

Tra i diversi metodi di datazione assoluta rivestono particolare importanza i metodi radiometrici (di seguito trattati), che si basano sulla misura della radioattività residua di rocce e di fossili (altri metodi di datazione assoluta sono trattati nel riquadro).

La radioattività è una proprietà di alcuni isotopi instabili di certi elementi, che nel tempo si trasformano spontaneamente in isotopi stabili dello stesso elemento o di un elemento differente, attraverso il fenomeno del decadimento radioattivo consistente nell'emissione di raggi (o particelle) alfa, beta o gamma. Ciascun isotopo radioattivo è caratterizzato da un determinato valore del tempo di dimezzamento, che rappresenta il tempo necessario perché una certa massa di un isotopo radioattivo si riduca a metà. Per esempio, l'uranio-238(²³⁸ U) si trasforma in piombo-206 (²⁰⁶Pb) con un tempo di dimezzamento di 4,5 miliardi di anni; ciò significa che se si parte da 1 g di uranio-238, dopo 4,5 miliardi di anni, la metà, 0,5 g, si sarà trasformata in piombo-206; dopo altri 4,5 miliardi di anni, l'uranio si sarà ulteriormente dimezzato a 0,25 g e così via. In base al rapporto tra la quantità di un elemento radioattivo ancora presente in una roccia e la quantità di elemento stabile (risultante dal decadimento del primo), si può, conoscendo il tempo di dimezzamento, risalire, con opportune formule, all'età della roccia o del fossile.

Per la datazione di reperti fossili relativamente recenti (di età non superiore a 40 000 anni) si ricorre al metodo del radiocarbonio, con il quale si misura il supporto tra le quantità dei due isotopi del carbonio: il carbonio-14 (¹⁴C) radioattivo e il carbonio-12 (¹²C) stabile. Nell'atmosfera i due isotopi del carbonio sono contenuti in un determinato rapporto, che rimane costante anche negli organismi vegetali, poiché essi fissano il carbonio atmosferico, contenuto nel diossido di carbonio, CO2, attraverso la fotosintesi clorofilliana e negli organismi animali, che assimilano il carbonio attraverso l'alimentazione. Al momento della morte, in un organismo vegetale si interrompe il processo fotosintetico, mentre in un animale cessa l'assimilazione di sostanze contenenti carbonio; l'isotopo ¹⁴C, instabile, inizia a decadere, trasformandosi in azoto-14, (¹⁴N), con un tempo di dimezzamento pari a 5730 anni, mentre l'isotopo ¹²C non subisce trasformazioni; in conseguenza di ciò, col passare del tempo, il rapporto ¹⁴C/¹²C diminuisce e dalla misura di questo rapporto è possibile risalire all'età dei resti di un organismo o del fossile che da esso si è formato.

Questo metodo presenta un inconveniente, legato al fatto che il rapporto fra gli isotopi del carbonio è cambiato nel tempo a causa di mutamenti avvenuti nell'atmosfera. Basandoci sul rapporto ¹⁴C/¹² C dell'atmosfera attuale, si rischierebbe di commettere errori, perciò si rende necessaria una calibrazione del metodo mediante l'analisi degli anelli di accrescimento di alberi (dendrocronologia), effettuato su esemplari ancora viventi ed estremamente vecchi, quelli di Pinus aristata, che raggiunge età di circa 5000 anni: si sono così ottenute curve di calibrazione per quasi tutti i materiali organici, applicabili fino a circa 70 000 anni.

Circa i materiali di datazione assoluta di rocce e fossili, è opportuno tenere presente che:

• i minerali con elementi radioattivi sono in genere più abbondanti nelle rocce ignee, rispetto a quelle sedimentarie;
• dalla misurazione radiometrica si ottiene l'età di un elemento contenuto in un minerale, quindi le età radioattive sono riferite all'età dei singoli minerali;
• se in una roccia sono presenti minerali di età diversa, a causa della sua genesi, a seconda del minerale sottoposto ad analisi, si otterranno età diverse.

Riassumiamo nella tab. 16.1 alcuni dei metodi di radiodatazione più utilizzati, indicando accanto a ciascuno il tempo di dimezzamento dell'elemento radioattivo e l'intervallo di tempo valido per la datazione.

Metodi di radiodatazione RADIONUCLIDI PRODOTTO FINALE DEL DECADIMENTO TEMPO DI DIMEZZAMENTO (ANNI) INTERVALLO DI TEMPO (ANNI) VALIDO PER LA DATAZIONE 87Rb 87Sr 1,47 · 1010 4,5 · 109-108 232Th 208Pb 1,39 · 1010 4,5 · 109-107 238U 206Pb 4,5 · 109 4,5 · 109-107 235U 207Pb 7,1 · 108 4,5 · 109-107 40K 40Ar 1,33 · 109 4,5 · 109-104 14C 14N 5,73 · 103 max 40 · 10 3

Le ere geologiche MILIONI DI ANNI FA ERE PERIODI (SISTEMI) EPOCHE PRINCIPALI (SERIE) FENOMENI GEOLOGICI EVENTI BIOLOGICI 4500 precambriana (Precambriano), o criptozoica (dal greco criptós, segreto e zôon, animale: della vita nascosta) Priscoano (dal latino priscus, antico, primitivo) Archeano (dal greco arché, principio) Ontariano (da Ontario, lago dell'America Settentrionale) Huroniano (dal Huron, lago dell'America Settentrionale) si forma la crosta terrestre; le rocce più antiche sono di tipo basaltico, ricche di elementi leggeri (Si, K, Na, Ca) e come tali in grado di "galleggiare" sul mantello più pesante (con silicati di Fe e Mg); origine della vita (organismi unicellulari nel mare; tracce di alghe antiche di 3,5 miliardi di anni ritrovate in Australia in concrezioni stromatolitiche) 2500   Proterozoico (dal greco próteros, anteriore)   grandi cambiamenti di clima, da caldi intensi a epoche glaciali; atmosfera ricca di anidride carbonica; intensa attività vulcanica; alghe abbondanti, primi organismi animali (protozoi) 590 primaria (Primario), o paleozoica (dal greco palaiós, antico: della vita antica) Cambriano (da Cambria, nome latino del Galles)   clima uniforme e terre probabilmente deserte; produzione di ossigeno per opera delle alghe marine; artropodi e altri invertebrati (trilobiti, Echinodermi, Brachiopodi, ecc.) di ambiente marino; aree continentali principali: Europa, Asia, Nordamerica, Gondwana (Sudamerica, Africa, India, Australia, Antartide) 500   Ordoviciano (da Ordovices, nome latino di una tribù celtica del Galles)   clima uniforme, mari caldi, intensa attività vulcanica; l'atmosfera si arricchisce via via di ossigeno; comparsa dei vertebrati (pesci) 438   Siluriano (da Siluri, nome latino di una tribù celtica del Galles)   orogenesi caledoniana: collisione tra Nordamerica ed Europa (formazione della Laurentia); clima sempre caldo e uniforme; minore attività vulcanica; gran parte della terraferma è ancora desertica; vegetali e artropodi terrestri 408   Devoniano (da Devon, ex contea inglese)   mari caldi; si riduce la superficie degli oceani e si estende quella della terraferma; forte attività vulcanica; anfibi, ammoniti (cefalopodi), diffusione delle foreste 360   Carbonifero Mississippiano (da Mississippi, fiume degli USA) Pennsylvaniano (da Pennsylvania, stato degli USA) buona parte delle terre emerse si trova nella fascia tra i tropici, dove predominano condizioni climatiche miti e umide; si susseguono abbassamenti e innalzamenti delle aree costiere e si formano e si prosciugano sterminate lagune e paludi; si originano così depositi di sabbia e fanghi, che formano rocce arenacee, e depositi di vegetali, che, coperti da altri strati, carbonizzano; rettili; grandi foreste (dalla cui fossilizzazione ha origine il carbone) 286   Permiano (da Perm, nome di una provincia della Russia, negli Urali)   orogenesi ercinica, che porta al sollevamento di catene montuose (Urali, Appalachi, rilievi dell'Europa centro-occidentale ecc.) in diverse regioni della Terra (dal nome della selva Ercinia, tra il Reno e l'alto Danubio); una grande glaciazione, iniziata nel Carbonifero, ricopre di ghiacci la parte meridionale dell'unico blocco delle terre emerse, un supercontinente chiamato Pangea; nella fascia equatoriale e tropicale il clima è caldo-umido; nella zona settentrionale è piuttosto secco e la temperatura è mite; alla fine del periodo, i ghiacci si ritirano; si estinguono le trilobiti 250 secondaria (Secondario), o mesozoica (dal greco mésos, medio: della vita di mezzo) Triassico (dal greco trías, triade; nel periodo si distinguono, infatti, tre serie)   primo periodo dell'era mesozoica, con clima caldo e secco; numerose ed estese le zone desertiche, con vaste oasi; il clima diventa più umido verso la fine del periodo; comparsa dei dinosauri e dei primi mammiferi 210   Giurassico (da Giura, catena montuosa tra la Francia e la Svizzera)   il clima, mediamente, è stabile, moderato e umido; favorisce la diffusione dei vegetali e degli animali erbivori; gran parte dei mari sono caldi e ricchi di vita; cominciano a prendere forma gli attuali continenti: l'Australia, l'Antartide e l'America Meridionale si staccano dall'Africa; tra l'America Settentrionale, l'Europa e l'Africa inizia ad aprirsi l'oceano Atlantico; prime avvisaglie dell'orogenesi alpina: movimenti delle zolle fanno sorgere le Ande e le Montagne Rocciose; l'America Settentrionale e l'Europa sono in parte coperte da mari poco profondi; dinosauri e altri rettili; primi uccelli; piante con fiori (angiosperme) 135   Cretaceo (dal latino creta, le rocce calcaree bianche tipiche di questo periodo)   tutti i continenti attuali finalmente sono separati; l'Atlantico continua ad allargarsi; in tutti i continenti si estendono mari con bassi fondali; numerose anche le zone paludose; appartengono a questo periodo i più antichi sedimenti del fondale oceanico, formati dai resti di alghe ricche di carbonati e di foraminiferi divenuti un calcare bianco, compatto e duro, detto chalk; il clima è mite; vi sono tracce di glaciazioni; è il periodo dell'estinzione dei dinosauri e delle ammoniti 65 terziaria (Terziario), o cenozoica (dal greco kainós, recente: della vita recente) Paleogene o Nummolitico (caratteristica abbondanza di nummoliti, foraminiferi marini) Paleocene (dal greco palaiós, antico e kainós, recente: recente antico) periodo molto caldo, con intensa attività vulcanica; l'India è ancora separata dall'Asia; l'Australia è unita all'Antartide; Europa e America Settentrionale sono unite all'estremo nord; notevole diversificazione dei mammiferi, comparsa dei primati 57     Eocene (dal greco eós, aurora: recente, dell'alba) l'Europa e l'America Settentrionale si separano; l'Australia si separa dall'Antartide, dove si formano ghiacciai al livello del mare; l'orogenesi alpina è in pieno svolgimento: si sollevano le Alpi e le altre catene mediterranee 36     Oligocene (dal greco olígos, poco: poco recente) il clima tende a raffreddarsi; la glaciazione sottrae acqua agli oceani e il livello del mare raggiunge un minimo assoluto; si apre il Mar Rosso e si formano le fosse tettoniche africane; l'India si congiunge con l'Asia e la collisione dà il via alla fase principale della formazione delle catene himalaiane; affermazione di mammiferi e uccelli 23     Miocene (dal greco meíon, minore: meno recente) il ghiaccio antartico continua ad aumentare ed entrambe le calotte polari sono più estese di quelle attuali; inizia la formazione delle Alpi; prosciugamento del Mediterraneo, apertura dello stretto di Gibilterra 6     Pliocene (dal greco pléon, più: più recente) il clima va raffreddandosi, e si preparano le alternanze caldo-freddo che daranno origine alle glaciazioni e alle deglaciazioni; continua il sollevamento delle Alpi; sviluppo degli Ominidi 1,8 quaternaria (Quaternario), o neozoica (dal greco néos, nuovo: della vita nuova)   Pleistocene (dal greco pleîstos, moltissimo: moltissimo recente) ha inizio il periodo delle grandi glaciazioni, con avanzate delle calotte polari verso latitudini più basse e successivi periodi interglaciali; durante le glaciazioni, il livello dei mari si abbassa ed emergono parecchie zone, come il collegamento tra Asia Orientale e America Settentrionale; comparsa del genere Homo (H. abilis, H. erectus, H. neanderthalensis, H. sapiens); industrie umane e paleolitiche 0,01     Olocene (dal greco ólos, tutto: recente del tutto) l'epoca ha inizio con l'ultimo arretramento dei ghiacci verso le regioni polari; è l'epoca in cui viviamo; industrie umane mesolitiche e neolitiche