Datazione al radiocarbonio di sedimenti o suolo

I campioni di sedimenti possono essere datati in tre modi diversi:

Datazione della “frazione organica” – Il campione datato è la frazione organica rimasta dopo il setacciamento dei sedimenti a < 180 micron, per rimuovere eventuali radici o macrofossili, e il successivo lavaggio acido per rimuovere i carbonati.

Datazione della “frazione solubile in alcali” o frazione umica  – I sedimenti vengono setacciati a < 180 micron per rimuovere eventuali radici o macrofossili. Vengono lavati in acido per rimuovere i carbonati e quindi trattati con alcali per solubilizzare gli acidi umici, che vengono infine precipitati per la datazione AMS.

Datazione della “frazione insolubile in alcali” o umina – I sedimenti vengono setacciati a < 180 micron per rimuovere eventuali radici o macrofossili. Vengono lavati in acido per rimuovere i carbonati e quindi trattati con alcali per solubilizzare gli acidi umici, che vengono rimossi e conservati per la datazione della “frazione solubile in alcali”. La restante frazione insolubile in alcali viene quindi datata.

Per i campioni di sedimenti, il laboratorio effettua la flottazione in acqua seguita da setacciatura progressiva a 225, 180 e 125 micron per verificare la presenza di macrofossili. I macrofossili possono includere carbone, legno, piante, ossa, conchiglie e semi.

Nota: Il nostro laboratorio non effettua l’identificazione dei macrofossili rinvenuti nei sedimenti. L’identificazione dei macrofossili deve essere effettuata da scienziati altamente specializzati, come paleobotanici per le piante, archeologi forensi per le ossa o paleontologi per le conchiglie.

In genere, è preferibile datare i macrofossili estratti dai sedimenti anziché i sedimenti stessi, che possono essere stati contaminati. La maggior parte dei macrofossili può essere trattata con (1) acido per rimuovere i carbonati e con (2) una base per rimuovere gli eventuali acidi umici. Gli acidi umici vengono prodotti dalla decomposizione delle piante. I sedimenti e l’acqua piovana o di falda possono trasportarli verso l’alto o verso il basso attraverso il profilo sedimentario, infiltrando carbonio più recente o antico in uno strato di sedimenti.

Nella maggior parte dei casi, gli acidi umici si spostano verso il basso e fanno sembrare il sedimento sottostante più giovane (con una deviazione a volte ridotta, a volte molto ampia). Questo avviene soprattutto coi sedimenti ricchi di materia organica (di colore nero o marrone scuro) e coi sedimenti poco drenati in aree con acqua stagnante (paludi, torbiere, ecc.). Nelle aree che presentano scarse precipitazioni, per i sedimenti ben drenati o con ridotto contenuto di carbonio (di colore grigio o marrone chiaro), gli acidi umici non dovrebbero costituire un problema: in questo caso, la datazione dei sedimenti e del materiale vegetale che contengono presenta di solito risultati molto simili.

Quando l’età dei sedimenti risulta maggiore rispetto a quella delle piante (macrofossili), solitamente le cause possibili sono:

(1) i residui di piante erano di natura intrusiva (cresciuti nei sedimenti più antichi, a causa dell’erosione o di lunghi periodi con sviluppo del suolo assente o ridotto), o

(2) durante la loro formazione, i sedimenti hanno ricevuto carbonio da una fonte più antica (riassestamento o rideposizione di sedimenti dall’alto, a causa di alluvioni, movimenti di massa o altri processi fisici).

In generale le età fornite dalle piante sono più affidabili perché rappresentano un evento più unico nel tempo. Le piante hanno una vita relativamente breve rispetto al tempo necessario per la formazione dei sedimenti.

La datazione della frazione di CaCO3 dei sedimenti è abbastanza comune, ma può essere problematica se l’origine del carbonato non è nota con certezza. Il carbonato può provenire dal naturale sviluppo di noduli di carbonato nel sedimento (carbonati pedogenici) o dal movimento di carbonati disciolti da formazioni geologiche (come calcare, marna e altri minerali che contengono carbonato) che si sono poi ridepositati nel sedimento.

La geochimica dei sedimenti è molto complessa e può variare da zona a zona, anche a brevi distanze. Di solito è preferibile datare i macrofossili, se il ricercatore ritiene che si trovino “in-situ” e non provengano dagli strati sovrastanti (come accade per le radici).

Se vengono individuati dei macrofossili, il laboratorio contatta i ricercatori, che possono decidere se datare i macrofossili o il sedimento. In alcuni casi è utile datare entrambi separatamente, per capire quale dei due fornisce la datazione migliore e più accurata. Questa informazione può essere utile se si intende datare una carota di grandi dimensioni o una serie di carote.

I sedimenti trattati con alcali per estrarre gli acidi umici (e di cui viene datata la frazione umica o l’umina) possono a volte generare risultati problematici, a seconda della geochimica locale del suolo. Le estrazioni alcaline rimuovono dai sedimenti tutto il carbonio libero solubile in alcali. L’origine di questo carbonio può essere costituita da acidi umici e fulvici più recenti o da carbonio antico instabile, solubile in alcali.

Spesso, se gli acidi umici/fulvici più antichi o recenti sono legati a particelle di argilla e a seconda della concentrazione dell’argilla, le estrazioni alcaline possono rimuovere in modo preferenziale il carbonio originale e instabile e lasciare gli acidi umici/fulvici più recenti legati all’argilla, o viceversa.

I ricercatori talvolta suppongono che, con un’estrazione alcalina, l’età dei sedimenti diventi più antica e quindi più accurata. Spesso però accade il contrario: i sedimenti estratti in alcali presentano un’età più recente a causa dei fattori appena descritti.

I consigli di Beta Analytic:

Quando vengono richieste le estrazioni alcaline e la datazione della frazione umica o di umina, il laboratorio raccomanda di considerare la possibilità di effettuare tre datazioni separate per almeno un campione, prima di datarne un grande numero. Tutti i campioni devono provenire dalla stessa zona di deposito, con la stessa geochimica.

Le tre datazioni suggerite sono: datazione della frazione organica sottoposta a lavaggio acido e setacciatura, datazione della frazione solubile in alcali (frazione umica) e datazione della frazione insolubile in alcali (umina). Questa procedura dà al ricercatore la possibilità di determinare quale delle tre date è più plausibile e quindi di utilizzare il metodo migliore per la datazione degli altri campioni provenienti dalla stessa area.

Se questo non è economicamente possibile, o se altri sedimenti provenienti dalla stessa area sono già stati analizzati selezionando solo la frazione umica o l’umina, potrebbe non essere necessario effettuare queste tre datazioni. Spetta ai ricercatori scegliere quella che ritengono sia la procedura più adatta al loro studio.

Il laboratorio di Beta Analytic analizza ogni anno migliaia di campioni di sedimento: quasi tutti vengono datati attraverso l’analisi della frazione organica sottoposta a lavaggio acido e setacciatura. Solo per una piccola percentuale (1-2% al massimo) viene richiesta l’analisi della frazione solubile/insolubile in alcali. Di solito, la frazione organica sottoposta a lavaggio acido e setacciatura fornisce la data più accurata, o una data leggermente più recente se nel campione sono presenti acidi umici più giovani. L’errore (se presente) mantiene sempre la stessa direzione e, di solito, l’età generata è o troppo antica o troppo recente in tutte le analisi effettuate.