METODOLOGIE FISICHE PER I BENI CULTURALI

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1 METODOLOGIE FISICHE PER I BENI CULTURALI Progetto di alternanza scuola lavoro ITIS S. Cannizzaro - Colleferro Anno scolastico Prof. L. Parisi

2 LA DATAZIONE ARCHEOLOGICA

3 CONTENUTI Datazione relativa: la stratigrafia Datazione assoluta: Dendrocronologia Il metodo del carbonio-14

4 STRATIGRAFIA Per studiare il passato non è sempre indispensabile conoscere esattamente quanti anni fa sia accaduto un particolare avvenimento. Thomsen e Worsaae nel XIX stabilirono la tripartizione degli strumenti prodotti nell antichità in base alle materie prime utilizzate: pietra, bronzo e ferro. I manufatti in pietra comparvero prima di quelli in bronzo che a loro volta comparvero prima di quelli in ferro. Anche se non si sapeva quanto fosse durata l età della pietra, l età del bronzo e quella del ferro, gli archeologi potevano comunque affermare con esattezza che un reperto in pietra era più antico di uno in bronzo che a sua volta era più antico di uno in ferro. Questo modo di fare storia si basa sull assunzione che se uno strato è coperto da un altro strato, il primo è più antico del secondo, questa idea è alla base della stratigrafia archeologica. Quando si effettua uno scavo archeologico, si individuano entità omogenee per composizione, consistenza e colore che rappresentano un momento particolare dell evoluzione del sito e prendono il nome di Unità Stratigrafiche (US).

5 STRATIGRAFIA Si possono studiare rapporti stratigrafici (o sequenze stratigrafiche): anteriore a..., posteriore a..., coevo a ; La stratigrafia archeologica fornisce in ogni caso solamente datazioni relative, indicando in quale ordine si sono verificati gli eventi. Una datazione assoluta può essere fatta grazie ai cosiddetti elementi datanti (monete, fibule ed altri ornamenti, ceramiche, armi e così via). La regola generale assicura che una US viene datata grazie al più recente degli elementi datanti stratigraficamente affidabili presenti in essa. A partire dalla metà del XX secolo, sono state approntate delle tecniche di datazione assoluta basate su misure fisiche. Tra queste tecniche le più diffuse sono quelle basate direttamene sul fenomeno della radioattività (tra cui la tecnica del carbonio-14) ed altre tecniche fisiche quali la termoluminescenza, la risonanza di spin elettronico etc.

6 DENDROCRONOLOGIA La dendrocronologia si basa sullo studio degli anelli di accrescimento degli alberi: durante le stagioni calde gli alberi creano, sotto la corteccia, un anello spesso intorno a quello (più sottile e scuro) dovuto al blocco della crescita durante l inverno. Grazie al taglio di un albero oppure estraendo una carota, si possono vedere gli anelli di crescita, che ci permettono di valutare il clima durante le varie stagioni (l anello di crescita è tanto più spesso quanto più calda e umida è stata l estate) negli anni precedenti, nonché di stabilire l età dell albero al momento del taglio, semplicemente contando gli anelli.

7 DENDROCRONOLOGIA Sovrapponendo sequenze comuni ad alberi, travi o pali più o meno antichi, comprese le palificazioni preistoriche, è stato possibile costruire, per alcune zone e per alcune specie arboree, una serie dendrocronologica continua che si estende per gli ultimi anni. Sovrapponendo gli anelli di crescita di una carota estratta dal manufatto da datare, con un tratto della serie dendrocronologica adatta per quella specie e per quella località, si può stabilire l epoca in cui visse l albero da cui il manufatto è stato ricavato.

8 DENDROCRONOLOGIA La dendrocronologia è estremamente accurata. Per alcune specie e località, si possono datare reperti antichi fino a anni fa. Le datazioni possono essere effettuate solamente su tronchi o travi di legno derivati da specie arboree per le quali esista già, per quella specifica zona, una serie dendrocronologica che copra il periodo interessato. Ha permesso di costruire le curve di calibrazione per le datazioni effettuate col radiocarbonio; tali curve riportano la corretta data di calendario in funzione della data radiocarbonica convenzionale.

9 DATAZIONE ASSOLUTA: IL METODO DEL CARBONIO 14 La tecnica del radiocarbonio permette di datare qualsiasi materiale di origine organica, cioè che derivi da qualcosa che sia stato vivo, come ossa, legno, stoffa, carta, semi, polline, pergamena e pellame in genere, carboni, tessuti e fluidi biologici, risalendo così all epoca della morte dell individuo da cui proviene il campione, purché non siano passati più di mila anni (dopo tale periodo, il carbonio-14 residuo è talmente esiguo da non permettere misure attendibili neppure con le tecniche più sofisticate). Il metodo fu messo a punto e pubblicato tra il 1947 e il 1949 da un team di chimici dell Università di Chicago diretti da Willard Libby, che per questo venne insignito del premio Nobel nel Libby e collaboratori datarono un campione dei legno di acacia proveniente dalla tomba del faraone Zoser ( a.c.) I presupposti su cui si basava il metodo di Libby erano veri solo in prima approssimazione. Si ottiene così una datazione radiocarbonica convenzionale (o Conventional Radiocarbon Age, CRA), che deve essere poi sottoposta a calibrazione. La CRA è normalmente espressa in anni BP (Before Present, calcolati a ritroso a partire dal 1950); mentre la data calibrata è espressa come data di calendario in anni BC (Before Christ, avanti Cristo) o AD (Anno Domini, dopo Cristo).

10 DEFINIZIONI E FORMULE UTILI Legge del decadimento radioattivo: N(t)= N 0 e - λt N(t) rappresenta il numero di atomi al tempo t (t>0) N 0 rappresenta il numero di atomi all istante t=0 λ è chiamata costante di decadimento e rappresenta la probabilità di decadimento per unità di tempo. Attività: a(t)= dn(t)/dt ovvero λ N(t) Vita media (τ) τ=1/λ rappresenta il tempo dopo cui il numero di atomi radioattivi, così come la loro attività, si riduce di un fattore e ( circa ). Tempo di dimezzamento (T 1/2 ): è il tempo dopo cui il numero di atomi radioattivi, così come la loro attività, si è dimezzato e vale T 1/2 = ln(2)/λ (circa τ). Nel caso del carbonio-14 il tempo di dimezzamento è di 5730±30 anni

11 CICLO DEL CARBONIO-14 Il carbonio-14 presente in atmosfera è rapidamente ossidato in ed entra nelle piante attraverso la fotosintesi e negli animali attraverso la catena alimentare. Finché un individuo è vivo, la quantità di radiocarbonio presente al suo interno è pari a quella di 14 C presente nell atmosfera. Quando un individuo muore il 14 C presente al suo interno comincia a diminuire (con un ritmo noto) a causa del decadimento radioattivo. Misurando la quantità di radiocarbonio residua all interno del reperto e stimando la quantità di atmosferico, che è la stessa presente nell individuo al momento della sua morte, è possibile calcolare l intervallo di tempo trascorso dalla morte dell individuo a oggi.

12 CALCOLO DELLA DATA CONVENZIONALE Per il calcolo della data convenzionale di un reperto si fanno i seguenti assunti: La frazione di 14 C nell atmosfera è costante ed è rimasta inalterata durante i passati millenni. La frazione di negli esseri viventi è la stessa di quella atmosferica a causa dello scambio di carbonio tra individui e ambiante circostante. Quando un individuo muore non scambia più carbonio con l esterno e il suo 14 C comincia a diminuire per decadimento radioattivo secondo un ritmo noto. Confrontando la frazione di 14 C di un campione da datare con quella di materiale organico recente ( standard moderno ), si può calcolare il tempo trascorso dalla morte dell individuo da cui il campione deriva.

13 CORREZIONE C13 Gli isotopi di un elemento sono chimicamente indistinguibili tra loro; tuttavia presentano lievi differenze nella velocità di reazione. Frazionamento isotopico: nei prodotti di reazione delle reazioni biochimiche tende a crescere la concentrazione degli isotopi più veloci a reagire, a discapito di quelli più lenti, portando ad una variazione della frazione di 14 C negli esseri viventi rispetto all atmosfera; se non se ne tiene conto, la datazione risulta falsata. È possibile correggere questo errore misurando la frazione 13 C/ 12 C nel campione da datare: essendo tale isotopo stabile, una sua variazione rispetto al valore atteso è dovuta esclusivamente al frazionamento isotopico, che può così essere quantificato. Si definisce δ 13 C ( delta-c13 ) la variazione (espressa in per mille ) della frazione 13 C/ 12 C del campione in esame rispetto a quella dello standard VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite). L entità del frazionamento isotopico del 14 C è il doppio di quella relativa al 13 C che funziona in questo caso come uno standard interno per valutare l entità del frazionamento isotopico. Il δ 13 C viene così usato per normalizzare le misure di attività specifica o della frazione 13 C/ 12 C ed ottenere quindi datazioni convenzionali corrette per il frazionamento isotopico ( corrette C13 ).

14 La Mummia del Similaun, anche nota come Uomo del 10. Esempio 1: l uomo di Similaun Similaun (nonché Uomo venuto dal Come esempio, possiamo cercare di datare l uomo di Similaun (figura 11). ghiaccioanche e, informalmente, Ötzi) è La Mummia del Similaun, nota come un Uomo del antropologico ritrovato reperto Similaun (nonché Uomo venuto dal il 19 Ötzi) settembre 1991 sulle Alpi ghiaccio e, informalmente, è un reperto antropologico ritrovato La Venoste, ai Mummia piedi del del monte Similaun, anche nota il 19 settembre 1991 sulle Alpi omonimo (ghiacciaio del Similaun, Venoste, ai piedi del monte come Uomo del Similaun (nonché omonimo (ghiacciaio del Similaun, Figura 11: Mummia del Similaun 3.213m s.l.m.) U o m oal v confine e n u t o frad a l g h i a c c i o e, Figura 11: Mummia del Similaun 3.213m s.l.m.) al confine fra l'italia ( Alto Adige) e l'austria. l'italia ( Alto Adige) e l'austria. informalmente, Ötzi) è un reperto La data radiocarbonica convenzionale La data radiocarbonica convenzionale calcolata è: [1][6]. antropologico ritrovato il 19 calcolata è: [1][6]. Nella figura 12 è riportata tale data settembre 1991 sulle Alpi Venoste, ai sull asse delle Nella ordinate figura e mediante 12la è riportata tale data curva di calibrazione si può risalire alla piedi (ghiacciaio sull asse delle ordinatedel e monte medianteomonimo la data di calendario, riportata sull asse del Similaun, 3.213m orizzontale. Si può notaredila presenza di curva calibrazione si può risalire alla s.l.m.) al confine tre intervalli di date di calendario dovuti fra l'italia ( Alto Adige) e l Austria. data didellacalendario, riportata sull asse all andamento seghettato curva di calibrazione. orizzontale. Non potendo Si fare può notare la presenza di considerazioni storiche atte ad escludere La data radiocarbonica tre intervalli di date di calendario dovuti qualche intervallo, dobbiamo considerare c o n v e ndella z i ocurva n a l di e calcolata è: in range di anni all andamento che comprende tutti e seghettato tre gli intervalli plausibili. Pertanto possiamo BP. fare calibrazione. (4550±19) Non potendo dire che Otzi è vissuto, con il 95% di storiche atte ad escludere probabilità tra considerazioni il 3370 e il 3100 a.c., Figura 12: Curva di calibrazione della datazione di Otzi: si possono Possiamo dire che Otzi è vissuto, con notare tre intervalli temporali distinti corrispondenti alla stessa ovvero all inizioqualche dell età del bronzo [1][6]. intervallo, dobbiamo considerare data convenzionale il 95% di probabilità tra il 3370 e il in range di anni che comprende tutti e tre 3100Pertanto a.c., possiamo ovvero all inizio dell età gli intervalli plausibili. bronzo. dire che Otzi èdel vissuto, con il 95% di occorre allargare l intervallo per comprendere tutti i possibili periodi. ESEMPIO 1: L UOMO DI SIMILAUN Figura 12: Curva di calibrazione della datazione di Otzi: si possono notare tre intervalli temporali distinti corrispondenti alla stessa data convenzionale probabilità tra il 3370 e il 3100 a.c., ovvero all inizio dell età del bronzo [1][6].

15 ESEMPIO 2: LA SACRA SINDONE Datazione effettuata nel Sono stati selezionati tre laboratori (Oxford, Tucson e Zurigo) che effettuarono l esame per mezzo di spettroscopia con acceleratore (metodo meno efficace del contatore proporzionale per quanto riguarda la datazione dei tessuti). Furono prelevati tre campioni di circa 50 mg di tessuto dall angolo in basso a destra (parte più malridotta del lenzuolo). La data radiocarbonica convenzionale mediata dalle tre misure risulta essere: (4550±19) BP, che corrisponde a due intervalli di date di calendario: ( ) d.c. e ( ) d.c. La Sindone risulterebbe (con probabilità del 95%) un lenzuolo medievale datato tra il 1260 e il 1390 d.c.

16 DIBATTITO Periodo compatibile con le prime testimonianze storiche certe dell'esistenza della Sindone ( circa). Il lenzuolo ha subito numerosi traumi: il suo contenuto di 14 C potrebbe essere variato non solo a causa della radioattività. Very small samples from the Shroud of Turin have been dated by accelerator mass spectrometry in laboratories at Arizona, Oxford and Zurich. As controls, three samples whose ages had been determined independently were also dated. The results provide conclusive evidence that the linen of the Shroud of Turin is mediaeval. Precedenti datazioni con altri metodi, giungevano a risultati diversi.