Il carbonio è uno degli elementi chimici più abbondanti sulla Terra ed è il maggiore costituente di tutti gli organismi biologici. Come molti altri elementi chimici il carbonio presenta degli isotopi. L’isotopo di un determinato elemento chimico è un atomo che possiede il suo stesso numero atomico, e quindi stesso numero di elettroni (caratterizzante di ciascun elemento della tavola periodica), ma differisce da esso per il numero di neutroni e quindi per la sua massa atomica. Il carbonio in natura presenta tre isotopi, due dei quali sono stabili, ovvero il carbonio-12 e il carbonio 13, di cui il primo è quello presente maggiormente in natura, e uno instabile e radioattivo, il carbonio-14.

Il carbonio-14: cos’è le sue caratteristiche.

Il carbonio-14 si forma nella parte alta dell’atmosfera terrestre attraverso una serie di reazioni nucleari indotte dai raggi cosmici, cioè particelle ad alta energia provenienti dallo spazio esterno. Quando i raggi cosmici ad alta energia interagiscono con gli atomi di azoto, altamente presente nella nostra atmosfera, danno vita ad un’interazione da cui scaturisce una reazione nucleare in cui un neutrone viene trasformato in un protone, formando così il carbonio-14. Il carbonio-14 formato in questa reazione è un isotopo radioattivo perché ha un eccesso di neutroni nel nucleo, il che lo rende instabile e lo porta a decomporsi nel tempo attraverso un processo di decadimento radioattivo chiamato decadimento beta. Il tempo affinché metà degli atomi di carbonio-14 presenti in un campione si trasformi in azoto-14 è detto emivita, periodo che ammonta a circa 5730 anni. L’importanza del carbonio 14 risiede nel fatto che l’emivita del carbonio-14 non è influenzata dalle condizioni ambientali o dalle variazioni esterne, rimanendo quindi relativamente costante nel tempo, ed è quindi capace di fornire una base solida per la datazione di materiali organici fino a circa 50.000 anni fa.

La datazione dei reperti storici

La datazione al carbonio-14 è una tecnica importante per determinare l’età di materiali organici recenti, consentendo agli scienziati di ricostruire la storia e l’evoluzione di varie culture, specie e ambienti nel corso dei millenni. Gli studiosi, infatti, misurando la quantità residua di carbonio-14 in questi oggetti, possono stimare l’età degli oggetti stessi e ottenere informazioni, altrimenti sconosciute, sulla cronologia delle epoche passate. Il carbonio-14 può essere utilizzato per esempio per determinare l’età di sedimenti, depositi di ghiaccio e altre formazioni geologiche che contengono materiali organici, fornendoci così informazioni sulla storia ambientale e climatica della Terra. Questo isotopo può essere utilizzato anche per datare fossili di animali e piante, così come resti di animali preistorici.

Il carbonio-14 e i manufatti archeologici e artistici

Tra gli utilizzi di datazione più importanti c’è sicuramente quello relativo ai manufatti archeologici di interesse storico e artistico. La datazione al carbonio-14 viene ampiamente utilizzata per determinare l’età di manufatti archeologici come ceramica, strumenti di pietra e tessuti ma anche, e soprattutto, per determinare l’età dei resti umani antichi, inclusi scheletri, teschi e altri frammenti ossei, il che fornisce informazioni sulla storia umana, l’evoluzione e le migrazioni delle popolazioni antiche. Per quanto riguarda i reperti artistici, l’isotopo può essere utilizzato per determinare l’età di dipinti, sculture, manoscritti e altri manufatti storici che contengono materiali organici. Ciò aiuta ad autenticare gli oggetti e a stabilire la loro provenienza e autenticità. Tra i casi più esemplari di utilizzo del carbonio-14 in ambito storico-artistico abbiamo l’impiego negli scavi di Ercolano, in cui questa tecnica ha permesso agli archeologi di ottenere informazioni precise sull’età degli oggetti trovati nella città e di stabilire una cronologia più accurata degli eventi che si sono verificati durante l’eruzione vulcanica, contribuendo a ricostruire la vita quotidiana, le abitudini culturali e le pratiche religiose dell’antica città romana. Un altro notevole esempio dell’utilizzo di questa tecnica è il caso della Sacra Sindone, un lenzuolo di lino che riporta l’immagine di un uomo che, secondo la tradizione, corrisponderebbe a quella di Gesù di Nazareth. Negli scorsi decenni sono stati eseguite analisi su campioni prelevati dal tessuto, i cui risultati hanno indicato che il tessuto della Sindone risale a un periodo compreso tra il 1260 e il 1390, con una probabilità del 95%. Tuttavia, i risultati della datazione al carbonio-14 sono stati oggetto di controversie e dibattiti, dal momento che alcuni scienziati hanno sollevato preoccupazioni riguardo alla possibilità di contaminazioni o alle caratteristiche uniche del tessuto della Sindone che potrebbero aver influenzato i risultati.