Datare l uomo con il radiocarbonio

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1 Datare l uomo con il radiocarbonio Mariaelena Fedi INFN Sezione di Firenze

2 Outline Datare l uomo: Direttamente - per esempio dalle ossa (il caso di Ötzi) Indirettamente per esempio da oggetti che possono essere ad esso associati (il caso delle reliquie di San Francesco) der Mensch ist was er isst Radiocarbonio e dieta Il caso delle sepolture in Groenlandia Isotopi stabili e paleodieta I nostri antenati nel Parco Archeologico di Baratti-Populonia 2

3 14 C in pillole = τ ln ( t) Dalla misura della concentrazione residua di 14 C, è possibile calcolare la cosiddetta età convenzionale di radiocarbonio, tenendo conto di: τ = vita media di Libby (= 8033 anni) 14 R 0 = concentrazione di 14 C in atmosfera nel 1950 (~ ) 14 t rc 14 R R 0 Cosa si data? La morte dell organismo, ovvero quando cessa lo scambio con la biosfera 3

4 Un uomo famoso: Ötzi Ritrovato il 19/09/1991 sulle Alpi al confine Italia-Austria (3210 m) 4

5 Quando è vissuto Ötzi? Sono stati datati campioni di tessuto e ossa dell uomo ( Zurigo, Oxford) BC BC Sono stati datati materiali dell equipaggiamento dell uomo (per esempio l ascia) e dell ambiente circostante (foglie, erba, carboni) ( Uppsala, Gif su Yvette, Vienna) Kutschera and Rom, NIM B (2000), 12 5

6 Storia medievale: San Francesco In occasione del restauro della Chiesa di San Francesco a Cortona, abbiamo datato campioni dalla tonaca e dalle fodere interne del cuscino (e campioni di una tonaca conservata a Santa Croce, Firenze) La tonaca di Cortona La tonaca di Santa Croce Il cuscino di Cortona Fedi et al., NIM B 266 (2008),

7 La misura AMS al LABEC 7

8 La misura AMS al LABEC Analisi a bassa energia e iniezione sequenziale Acceleratore tensione max di terminale 3 MV Sorgente a sputtering con ioni di Cs Rivelatore isotopi rari Analisi ad alta energia Faraday cups isotopi stabili 1200 conteggi FWHM~4 ch canali

9 San Francesco: i risultati Years BP SFC1 SFC3 SFC5 SFC6 SFC7 CUS_3 CUS_1 SFF1 SFF2 SFF3 SFF4 SFF5 SFF6 o 14 C (pmc) t rc (years BP) Calibrated age AD (*) Tonaca Cortona: SFC ± ± Cuscino: CUS_ ± ± Cuscino: CUS_ ± ± Tonaca SantaCroce: SFF ± ± (*) 2σ confidence level 9

10 San Francesco: i risultati Radiocarbon determination 1100BP 1000BP 900BP 800BP 700BP 600BP Atmospheric data from Reimer et al (2004);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob usp[chron] Cortona : 857±18BP 68.2% probability 1170AD (68.2%) 1215AD 95.4% probability 1155AD (95.4%) 1225AD Radiocarbon determination 900BP 800BP 700BP 600BP 500BP 400BP Atmospheric data from Reimer et al (2004);OxCal v3.10 Bronk Ramsey (2005); cub r:5 sd:12 prob usp[chron] Santa Croce : 666±18BP 68.2% probability 1285AD (38.2%) 1300AD 1365AD (30.0%) 1385AD 95.4% probability 1280AD (51.8%) 1310AD 1350AD (43.6%) 1390AD 900CalAD 1000CalAD 1100CalAD 1200CalAD 1300CalAD 1400CalAD Calibrated date 1200CalAD 1300CalAD 1400CalAD 1500CalAD Calibrated date In questo caso, non si data l uomo direttamente si può solo dire se il risultato della misura è compatibile (oppure no) con l attribuzione originale 10

11 A proposito della datazione con 14 C Una delle ipotesi fondamentali alla base della datazione è che, finché viventi, la concentrazione di 14 C negli organismi (biosfera) è in equilibrio con quella in atmosfera Gli oceani hanno in realtà una concentrazione di 14 C più bassa (reservoir age) 11

12 L uomo come serbatoio di 14 C Gli uomini assumono 14 C essenzialmente grazie all alimentazione Dieta terrestre Dieta marina La concentrazione di 14 C all equilibrio negli umani dipende dal tipo di alimentazione Potrebbe risultare impoverita nel caso una buona parte della dieta fosse di origine marina 12

13 Un esempio dalla letteratura J. Arneborg et al., Radiocarbon 41 (1999), Discrepanza fra l età di radiocarbonio delle ossa e dei tessuti! E possibile spiegare questa discrepanza in base a quello che mangiavano? 13

14 Isotopi stabili dieta Effetto del frazionamento isotopico Per esempio, a seconda della catena biochimica, dalla CO 2 al carbonio assimilato dall organismo finale, il rapporto isotopico fra i tre isotopi del carbonio varia, anche fino a qualche %. δ 13 C = 13 R R R PDB PDB 1000 δ 15 N = 15 R R R AIR AIR R= 12 C C R= 14 N N 14

15 δ 13 C e dieta Dalla misura del δ 13 C si possono dedurre quali siano le componenti proteiche della dieta 15

16 δ 15 N e dieta δ 15 N cresce Dalla misura del δ 15 N si può dedurre quale sia il cosiddetto livello trofico, ovvero la posizione all interno della catena alimentare 16

17 Tornando al radiocarbonio Si possono misurare gli isotopi stabili Si può stimare se nella dieta sia presente una percentuale non trascurabile di alimenti di origine diversa da quella terrestre Si può quindi correggere 14 R 0 per ottenere una stima più accurata dell età dell individuo 17

18 Un sito archeologico vicino a noi Parco Archeologico di Baratti-Populonia La Biodola 18

19 Il caso delle sepolture di Baratti Due tombe (T11 e T12) hanno subito suscitato l interesse degli archeologi per la loro posizione per la loro struttura T11 and T12 Metallurgic evidences per gli individui sepolti per il corredo rinvenuto Calabrisotto et al., Radiocarbon 51 (2009),

20 Cosa abbiamo datato al LABEC 3 campioni dalle costole dell uomo in T11 3 campioni dalle costole della donna in T12 Per una misura di 14 C, dalle ossa è estratta la sola componente organica: collagene 5 mm Il collagene può essere profondamente degradato La ricetta 1. Frantumazione del campione nel mortaio 2. Estrazione della componente organica: HCl 1M a temperatura ambiente per circa 48 ore 3. Purificazione del collagene: NaOH 0.1M a temperatura ambiente per 2 ore 4. HCl 1M a temperatura ambiente per 2 ore 5. Gelatinizzazione del collagene: soluzione leggermente acida (ph ~3) in stufa a 80 C per 12 ore E fondamentale verificare la qualità del collagene estratto Si può misurare il rapporto C/N ( ) 20

21 I risultati C/N pmc t RC (years BP) δ 13 C ( ) T ± ± ± 0.2 T ± ± ± 0.2 L età vera è ottenuta con la calibrazione (IntCal04) 21

22 Cosa si può dire sulla loro dieta? C/N pmc t RC (years BP) δ 13 C ( ) T ± ± ± 0.2 T ± ± ± 0.2 Il frazionamento isotopico del 13 C è più piccolo di quello che ci si potrebbe aspettare in una dieta 100% terrestre Consumavano anche del pesce? Consumavano anche vegetali C 4? 22

23 Cosa si può dire sulla loro dieta? Baratti Isola Sacra (I sec. d.c.) δ 13 C= -18.8±0.3 δ 15 N= 10.8±1.2 Prowse et al., JAS 31 (2004), 259 Isola Sacra Leptiminus (II-V sec. d.c.) δ 13 C= -17.7±0.6 δ 15 N= 13.4±1.8 Keenleyside et al., JAS 36 (2009), 51 Leptiminus Parte della dieta di queste popolazioni era basata su alimenti di origine marina 23

24 Cosa si può dire sulla loro dieta? C/N pmc t RC (years BP) δ 13 C ( ) T ± ± ± 0.2 T ± ± ± 0.2 Si può pensare di stimare la percentuale marina nella dieta da un interpolazione lineare: δ 13 C= % terrestre (cibo C 3 ) δ 13 C= % marina Dieta marina ~ 30% 24

25 Dalla dieta alla calibrazione Marine04 L età calibrata dei due individui viene spostata di circa un secolo in avanti IntCal04 (2σ confidence level) T11 T12 Cal age (by IntCal04) 42 BC 65 AD 21 BC 127 AD Cal age (by mixed curve) 62 AD 210 AD 88 AD 238 AD Ovviamente, una stima più accurata della dieta è possibile misurando anche il δ 15 N. 25

26 Grazie per l attenzione! fedi@fi.infn.it 26