Il carbonio-14 è un isotopo naturale dell’elemento carbonio. È anche chiamato “radiocarbonio” poiché instabile e radioattivo rispetto al carbonio-12 ed al carbonio-13. Il carbonio è composto per il 99% da carbonio-12, per l’1% da carbonio-13 e per circa una parte su un milione da carbonio-14. I risultati della datazione al carbonio-14 vengono riportati in anni radiocarbonici, ed è quindi necessaria una calibrazione per convertirli in anni solari.
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Le misurazioni al radiocarbonio non calibrate sono di solito riportate in anni BP, dove 0 (zero) BP corrisponde al 1950 DC. BP significa “Before Present” (prima del presente) o “Before Physics” (prima della fisica). Tenere presente che il termine BP viene utilizzato anche in altre tecniche di datazione, ma ha valori differenti, come nel caso della datazione con termoluminescenza dove BP corrisponde all’anno 1980 DC.
È inoltre necessario notare che l’emivita utilizzata nei calcoli della datazione al carbonio corrisponde a 5568 anni, il valore elaborato dal chimico Willard Libby, e differisce dal valore più accurato di 5730 anni noto come emivita Cambridge. Anche se è meno preciso, l’emivita di Libby è stata mantenuta per evitare incongruenze o errori nella comparazione dei risultati con le analisi al carbonio-14 prodotte prima e dopo la derivazione dell’emivita Cambridge.
Le misurazioni al radiocarbonio si basano sul presupposto che la concentrazione atmosferica di carbonio-14 sia rimasta costante dal 1950 e che l’emivita del carbonio-14 sia di 5568 anni. La calibrazione dei risultati del radiocarbonio è necessaria per tenere conto delle variazioni nella concentrazione atmosferica di carbonio-14 nel corso del tempo. Tali modifiche sono state determinate da diversi fattori, tra cui, ma non solo, le fluttuazioni del campo geomagnetico terrestre, l’uso di combustibili fossili ed i test nucleari.
Il metodo più frequente e più utilizzato per la calibrazione è con la dendrocronologia.
La dendrocronologia si basa sul fenomeno della crescita degli alberi ad addizione di anelli, per questo il nome “datazione con gli anelli degli alberi”. I dendrocronologi datano gli eventi e le variazioni negli ambienti del passato analizzando e comparando le strutture di crescita degli anelli degli alberi e del legno invecchiato. Possono determinare l’anno esatto in cui si è formato ogni anello.
I risultati della dendrocronologia hanno avuto un ruolo importante nei primi anni della datazione al radiocarbonio. Gli anelli degli alberi fornivano materiale di età realmente conosciuta per verificare l’accuratezza del metodo di datazione al carbonio-14. Verso la fine degli anni ’50, diversi scienziati (in particolare l’olandese Hessel de Vries) confermarono la discrepanza tra le età radiocarboniche e le età in anni solari con risultati raccolti con la datazione al carbonio degli anelli degli alberi. Gli anelli furono datati con la dendrocronologia.
Gli anelli degli alberi vengono tuttora utilizzati per calibrare le misurazioni al radiocarbonio. Oggi sono disponibili numerosi archivi di anelli degli alberi di età differenti che forniscono informazioni sugli ultimi 11000 anni. Gli alberi più spesso utilizzati come riferimenti sono il pino dai coni setolosi (Pinus aristata) negli Stati Uniti e la quercia (Quercus sp.) in Irlanda e in Germania. Alcuni laboratori di datazione al radiocarbonio utilizzano dati provenienti da specie di alberi diverse.
In linea di principio, l’età di un campione contenente carbonio può essere facilmente determinata confrontandone il contenuto di radiocarbonio con quello dell’anello di un albero di età nota (anni di calendario). Se un campione contiene, in proporzione, la stessa quantità di radiocarbonio dell’anello di un albero, è possibile concludere che abbiano la stessa età.
Nella pratica, la calibrazione con gli anelli degli alberi è difficoltosa a causa di molti fattori, il più importante dei quali è che le misurazioni effettuate sugli anelli e sul campione hanno una precisione limitata, che genera come risultato una serie di anni di calendario possibili.
I risultati della calibrazione sono spesso prodotti come fasce d’età e non come valore assoluto. Le fasce d’età vengono calcolate con i metodi dell’intercetta o delle probabilità, che necessitano di una curva di calibrazione.
La prima curva di calibrazione per la datazione al radiocarbonio era basata su una sequenza continua di anelli di alberi che risaliva fino a 8.000 anni fa. Questa sequenza, stabilita da Wesley Ferguson nel 1960, ha permesso a Hans Suess di pubblicare la prima curva di calibrazione utile. La curva di Suess, basata sul pino dai coni setolosi, utilizzava gli anelli degli alberi per l’asse del calendario.
Dopo la curva di Suess sono state pubblicate molte altre curve di calibrazione, ma la loro proliferazione ha portato più problemi che soluzioni. Negli anni successivi, anche l’uso degli spettrometri di massa con acceleratore e l’introduzione delle datazioni al carbonio ad alta precisione ha portato alla creazione di nuove curve di calibrazione. Una curva di calibrazione del radiocarbonio ad alta precisione è stata pubblicata da un laboratorio di Belfast (Irlanda del Nord) utilizzando i dati dendrocronologici raccolti dalla quercia irlandese.
Ad oggi, le curve di calibrazione per gli anni di calendario internazionalmente accettate arrivano al 48000 AC (Reimer et. al., INTCAL13 and Marine13 radiocarbon age calibration curves 0 – 50000 yrs cal BP, Radiocarbon 55(4), 2013). Per il periodo seguente al 1950, è disponibile una grande quantità di dati relativi alla concentrazione di radiocarbonio nell’atmosfera. Questi dati risultano molto utili, in alcuni casi, per rappresentare l’età di calendario di materiali molto recenti (Hua, et. al. Atmospheric Radiocarbon for the period 1950-2010, Radiocarbon, 55(4), 2013).
Una tipica curva di calibrazione per il carbonio-14 presenta una scala temporale dendrocronologica o agli anni solari sull’asse x (anni solari) e gli anni radiocarbonici riflessi sull’asse y.
L’uso degli anni cal AC e DC, o anche cal BP, rappresenta la convenzione consigliata per indicare i risultati della datazione al radiocarbonio dendrocronologicamente calibrati. I risultati della datazione al carbonio devono essere chiari, quindi non è sufficiente riportarli come AC, DC o BP. Gli anni cal AC e DC corrispondono esattamente ai normali anni storici, mentre cal BP indica il numero di anni prima del 1950.
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I risultati della datazione al carbonio devono includere i risultati non calibrati, la curva e il metodo di calibrazione utilizzati e le eventuali correzioni apportate al risultato originale prima della calibrazione. Deve inoltre essere incluso il livello di certezza corrispondente agli intervalli calibrati.
Ultimo aggiornamento 5 maggio 2016
