La datazione al carbonio-14

Molte persone credono che le rocce risalgano a “milioni di anni” basandosi sulla datazione al radiocarbonio (carbonio-14). Ma non è questo il caso. Il motivo è semplice. Il carbonio-14 riesce a determinare età solo di “migliaia di anni” prima che si disintegri.

Il metodo di datazione radiometrica più conosciuto invece è quello della datazione al radiocarbonio. Nonostante molte persone pensino che la datazione al radiocarbonio sia usata per datare le rocce, è limitato alla datazione di oggetti che contengono l’elemento carbonio e che una volta erano vive (come i fossili).

 

Come si forma il radiocarbonio

Diversamente dal radiocarbonio (¹⁴C), gli altri elementi radioattivi usati per datare le rocce – uranio(²³⁸U), potassio (⁴⁰K), e rubidio (⁸⁷Rb) – non si sono formati sulla terra, da quanto sappiamo. Perciò sembra che probabilmente Dio abbia creato questi elementi quando creò la terra in origine.
In contrasto, il radiocarbonio si forma continuamente oggigiorno nello strato superiore dell’atmosfera terrestre. E da quanto ne sappiamo, si è formato nello strato superiore dell’atmosfera terrestre sin da quando l’atmosfera fu creata nel secondo giorno della Creazione (come parte dello spazio, o firmamento, descritto in Genesi 1:6-8).

Allora come si forma il radiocarbonio? I raggi cosmici dello spazio bombardano continuamente l’atmosfera terrestre, producendo dei neutroni molto veloci (particelle subatomiche prive di carica elettrica). Questi neutroni entrano in collisione con gli atomi di nitrogeno-14, l’elemento più abbondante nello strato superiore dell’atmosfera, trasformandoli in atomi di radiocarbonio (carbonio-14).

 

 

 

IL CARBONIO-14 VIENE CREATO (Figura 1a):

Quando i raggi cosmici bombardano l’atmosfera terrestre, producono neutroni. Questi neutroni eccitati entrano in collisione con gli atomi di nitrogeno nell’atmosfera, modificandoli in atomi di carbonio-14 radioattivo.

IL CARBONIO-14 VIENE ASSORBITO (Figura 1b):

Le piante assorbono il carbonio-14 durante la fotosintesi. Quando gli animali mangiano le piante, il carbonio-14 entra nei loro corpi. e si riduce a nitrogeno-14 che viene espulso nella stessa quantità in cui viene aggiunto il nuovo carbonio-14. Perciò il livello di carbonio-14 resta stabile.

IL CARBONIO-14 VIENE IMPOVERITO (Figura 1c):

Quando un animale muore il carbonio-14 continua a ridursi in nitrogeno-14 che viene espulso, mentre nessun nuovo carbonio-14 viene aggiunto. Comparando la quantità rimasta di carbonio-14 con quella iniziale, gli scienziati possono calcolare da quanto tempo è morto l’animale.

Poiché l’atmosfera è composta da circa il 78% di nitrogeno, vengono prodotti molti atomi di radiocarbonio – un totale di circa 7,5 kg all’anno. Questi si combinano rapidamente con gli atomi di ossigeno (il secondo elemento più abbondante nell’atmosfera, circa il 21%) a formare il diossido di carbonio (CO₂).
Questo diossido di carbonio, è radioattivo a causa del carbonio-14, e non è indistinguibile dal normale diossido di carbonio nell’atmosfera, che è leggermente più leggero perché contiene il normale carbonio-12. Il diossido di carbonio radioattivo e quello non radioattivo si mescolano nell’atmosfera e si dissolvono negli oceani.

Attraverso la fotosintesi, il diossido di carbonio entra nelle piante e nelle alghe, portando il radiocarbonio nella catena alimentare. Il radiocarbonio entra negli animali quando mangiano le piante (Figura 1b). Perciò persino noi umani siamo radioattivi a causa delle piccole quantità di radiocarbonio nei nostri corpi.

 

Determinare la velocità di decadimento del radiocarbonio

Dopo la formazione del radiocarbonio, i nuclei degli atomi di carbonio-14 sono instabili, e con il tempo decadono progressivamente per diventare nuclei di nitrogeno-14 stabile. Un neutrone si scinde in un protone e in un elettrone, e l’elettrone viene espulso. Questo processo viene chiamato decadimento beta. Gli elettroni espulsi sono chiamati particelle beta e creano le radiazioni beta.

Poiché decade velocemente, il carbonio-14 è utile per datare le creature morte qualche migliaio di anni fa, ma non milioni di anni fa.

Non tutti gli atomi di radiocarbonio decadono allo stesso tempo. Gli atomi di carbonio-14 decadono a nitrogeno-14 in tempi diversi, e questo spiega perché il decadimento del radiocarbonio viene considerato un processo casuale.

Per misurare la velocità di decadimento, un contatore registra il numero di particelle beta espulse da una certa quantità di carbonio per un dato periodo di tempo, ad esempio un mese (per scopi illustrativi). Poiché ogni particella beta rappresenta un atomo di carbonio-14 decaduto, sappiamo quanti atomi di carbonio-14 decadono in un mese.

I chimici hanno determinato quanti atomi ci sono nella massa costituita da un elemento, come il carbonio. Perciò se pesiamo un campione di carbonio, possiamo calcolare quanti atomi di carbonio sono contenuti in esso.

Se sappiamo quale frazione degli atomi di carbonio sono radioattivi, possiamo anche calcolare quanti atomi di radiocarbonio ci sono nel campione. Conoscendo il numero di atomi che decadono nel nostro campione durante un mese, possiamo calcolare la velocità di decadimento del radiocarbonio.

Il metodo standard per esprimere la velocità di decadimento viene chiamato tempo di dimezzamento. Il tempo di dimezzamento Viene definito come il tempo impiegato dalla metà di una certa quantità di un elemento radioattivo di decadere. Perciò se iniziamo con 2 milioni di atomi di carbonio-14 nella nostra quantità misurata di carbonio, allora il tempo di dimezzamento del radiocarbonio sarà il tempo impiegato dalla metà di questi atomi, cioè da 1 milione, per decadere. Il tempo di dimezzamento del radiocarbonio o velocità di decadimento è stata determinata essere di 5.730 anni.

 

Usare il radiocarbonio per la datazione

Di conseguenza ci si pone la domanda su come gli scienziati usano questi principi per datare le cose. Se il carbonio-14 si è formato ad una velocità costante per un periodo molto lungo e si è continuamente mescolato nella biosfera, allora il livello di carbonio-14 nell’atmosfera dovrebbe restare costante.

Se il livello è costante, anche le piante e gli animali dovrebbero mantenere un livello costante di carbonio-14 al loro interno. Il motivo è che, fino a quando l’organismo è in vita, esso sostituisce ogni molecola di carbonio che è decaduta in nitrogeno.

Dopo la loro morte, tuttavia, piante e animali non sostituiscono più le molecole danneggiate dal decadimento del radiocarbonio. Invece, gli atomi di radiocarbonio nei loro corpi decadono lentamente, così la proporzione di atomi di carbonio-14 rispetto agli atomi di carbonio diminuirà costantemente nel tempo (Figura 1c).

Supponiamo di trovare il teschio di un mammut e vogliamo datarlo per determinare quando è vissuto. Possiamo misurare in laboratorio quanti atomi di carbonio-14 ci sono ancora nel teschio. Se presumiamo che in origine il mammut aveva lo stesso numero di atomi di carbonio-14 nelle sue ossa come gli animali di oggi (una stima di un atomo di carbonio-14 ogni trilione di atomi di carbonio-12), allora, conoscendo la velocità di decadimento del radiocarbonio, possiamo calcolare quanto tempo fa è morto il mammut. É davvero piuttosto semplice.

Questo metodo di datazione è simile al principio del funzionamento di una clessidra. I granelli di sabbia che in origine riempiono la parte superiore rappresentano gli atomi di carbonio-14 nel mammut in vita appena prima che morisse. Supponiamo che sia lo stesso numero di atomi di carbonio-14 che si trovano negli elefanti viventi oggi. Con il tempo questi granelli di sabbia cadono nella parte inferiore, così il nuovo numero rappresenta gli atomi di carbonio-14 rimasti nel teschio del mammut quando è stato trovato.

La differenza nel numero di granelli di sabbia rappresenta il numero di atomi di carbonio-14 che sono decaduti in nitrogeno-14 dal momento in cui il mammut è morto. Poiché abbiamo misurato la velocità alla quale i granelli di sabbia cadono (la velocità di decadimento del radiocarbonio), possiamo calcolare quanto tempo hanno impiegato questi atomi di carbonio-14 a decadere, che corrisponde a quanto tempo fa è morto il mammut.

Ecco come funziona il metodo del radiocarbonio. E poiché il tempo di dimezzamento del carbonio-14 è di soli 5.730 anni, la datazione al radiocarbonio di materiali che contengono carbonio permette di scoprire una datazione solo di qualche migliaia di anni, non di milioni di anni, entrando in conflitto con il contesto della storia terrestre fornita dalla Bibbia, la testimonianza di Dio della storia.

 

Traduzione a cura di Francesca Farolfi

 

Tematiche: Creazionismo biblico