Comprendere l’analisi al carbonio-14

  • Il radiocarbonio, o carbonio-14, è presente in tutti gli esseri viventi e nella materia morta da poco tempo
  • Il carbonio-14 si esaurisce quando la materia in questione supera i 50.000 anni
  • L’ASTM D6866 è un’applicazione industriale della datazione al radiocarbonio

L’obiettivo di questo testo è presentare in modo semplice la datazione al radiocarbonio, senza entrare nel merito delle eccezioni alle teorie e alle relazioni discusse di seguito.

Cos’è il radiocarbonio?

Il carbonio è la base della vita ed è presente in tutti gli esseri viventi.

Il radiocarbonio o carbonio-14 (noto anche come 14C) è un isotopo instabile e poco radioattivo del carbonio, presente in tutti gli esseri viventi in quantità minime. Essendo radioattivo, la quantità di radiocarbonio diminuisce gradualmente per decadimento fino al suo completo esaurimento. La datazione al radiocarbonio ricorre al carbonio-14 per determinare il momento della morte di qualcosa o qualcuno.

Il carbonio-14 ha origine negli strati superiori dell’atmosfera terrestre e si forma quando i neutroni generati dai bombardamenti delle radiazioni solari si scontrano con l’azoto dell’aria. Si verifica dunque una reazione e una piccola parte di queste collisioni converte l’azoto in carbonio-14. Questo carbonio-14 inizia immediatamente a decadere ma viene costantemente rigenerato. In questo modo, la quantità presente nell’aria è relativamente costante.

Il radiocarbonio reagisce immediatamente con l’ossigeno dell’aria e forma anidride carbonica (CO2) che si disperde rapidamente in tutta l’atmosfera: raggiunto il suolo, viene assorbita dalle piante durante la fotosintesi. Questo processo è costante, così che in qualsiasi momento la quantità di carbonio-14 presente nelle piante viventi è uguale alla quantità di carbonio-14 nell’aria circostante.

Le piante hanno un ruolo attivo nella catena alimentare. Gli animali si nutrono di piante e/o altri animali e gli uomini si nutrono di piante e animali. Pertanto tutte le piante, gli animali e gli uomini hanno nello stesso momento la stessa quantità di carbonio-14 e i loro corpi sono "in equilibrio" con il carbonio-14 dell’aria. Sebbene il carbonio-14 subisca decadimento radioattivo all’interno dell’organismo, viene costantemente sostituito attraverso la fotosintesi o l’assunzione di cibo, dunque la sua quantità rimane costante.

Quando una pianta smette di assimilare anidride carbonica o quando un animale o un essere umano smette di nutrirsi, l’assunzione di carbonio-14 si ferma, interrompendo l’equilibrio. Da quel momento in poi, il solo processo che si verifica in quell’organismo è il decadimento radioattivo del carbonio-14 fino alla sua scomparsa. Questo principio vale allo stesso modo per una persona che muore, per un gambo di mais che viene reciso e per una pianta di soia che viene sradicata. Quando questi organismi cessano di vivere, l’assunzione di carbonio-14 dall’aria si interrompe e l’isotopo presente nei resti scompare gradualmente.

Datazione al radiocarbonio

Un laboratorio di datazione al radiocarbonio è in grado di misurare la quantità di carbonio-14 rimasta in un fossile al fine di determinare l’ultima volta che quest’ultimo ha assunto carbonio (nutrendosi o facendo la fotosintesi). Questo calcolo viene effettuato utilizzando l’emivita del carbonio-14, ovvero il tempo necessario affinché metà della quantità originaria scompaia per decadimento radioattivo. Questo dato corrisponde a circa 5.700 anni e significa che ogni 5.700 anni la quantità di carbonio-14 in un fossile diventa la metà di quella che era 5.700 anni prima. In poche parole, se una pianta morta ha il 50% di carbonio-14 rispetto ad una pianta viva, la pianta morta era in vita circa 5.700 anni fa.

Dopo 50.000 anni, in un fossile non resta alcuna traccia di radiocarbonio, che scompare completamente a causa del decadimento radioattivo. Quando un laboratorio di datazione al radiocarbonio non individua carbonio-14 in un fossile, giunge alla conclusione che il fossile abbia più di 50.000 anni. Petrolio e ossa di dinosauro sono esempi di materiali fossili che non hanno più carbonio-14.

Datazione al radiocarbonio e ASTM D6866

La datazione al radiocarbonio permette di misurare il contenuto biobased dei prodotti perché questi sono una combinazione di materiali provenienti da organismi vissuti recentemente e materiali fossili. Lo standard sviluppato per questo scopo prende il nome di ASTM D6866.

I materiali provenienti da organismi vissuti recentemente (la componente biobased) contengono carbonio-14 mentre i materiali fossili (derivati dal petrolio) non hanno più questo isotopo debolmente radioattivo. Perciò tutto il carbonio-14 del prodotto proviene dalla componente biobased. Nel caso di un prodotto con componenti derivati delle colture e componenti petrolchimici, le analisi con ASTM D6866 utilizzeranno il contenuto di carbonio-14 per calcolare la quantità di prodotto ottenuta da vegetali e quella ottenuta dal petrolio.

Esempio: un prodotto fatto al 100% di polietilene proveniente dal petrolio risulterà avere lo 0% di contenuto biobased, mentre un prodotto fatto al 100% di polietilene derivato da piante risulterà avere un contenuto biobased del 100%.

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