radiocarbon dating shells

Datazione al radiocarbonio di conchiglie, corallo e CaCO3

Quantità raccomandata (può essere inferiore per AMS – si prega di contattarci)
5-100 milligrammi (AMS), 50-100 grammi richiesti (RadiometricPLUS)
Contenitore consigliato
Bustine con zip (avvolgere prima in un foglio di alluminio i campioni molto piccoli e/o che possono essere polverizzati durante la spedizione)
Si raccomanda di inviare i campioni in scatole rigide quando possibile (invece di utilizzare buste imbottite) per preservarne l’integrità.
Si prega di elencare i valori Delta+R / Delta–R (correzione dell’effetto serbatoio locale) per l’area di raccolta in modo da consentire la calibrazione agli anni di calendario più appropriata per il risultato.

Nota – Le tariffe applicate includono le misurazioni d13C e d18O, effettuate in uno spettrometro di massa isotopica (IRMS), i report di garanzia di qualità, la calibrazione agli anni di calendario (dove applicabile) e l’accesso online 24/7 alle analisi in corso ed ai risultati.

Pretrattamento – È importante comprendere i pretrattamenti che saranno applicati ai campioni, dal momento che questi influenzano direttamente il risultato delle analisi. È possibile contattarci per discutere i pretrattamenti oppure richiedere di essere contattati dopo la loro applicazione (e prima della datazione).

Pretrattamento per il corallo – La datazione AMS richiede almeno 3 milligrammi di corallo rimanente dopo il pretrattamento. Tuttavia, raccomandiamo di inviare 50-100 milligrammi in modo che sia possibile effettuare una pulizia aggressiva prima della datazione (e, se necessario, ripetere le analisi per confermare i risultati, come da nostra procedura di garanzia di qualità, senza costi aggiuntivi per il cliente). La maggior parte delle conchiglie, dei coralli e degli altri materiali contenenti carbonati sono puliti con un’abrasione fisica per rimuovere la superficie esterna ed eventuali materiali aderenti che contengano carbonato, quindi sono sottoposti a morsura per rimuovere almeno il 10%-30% del peso totale in modo da datare solo il carbonato primario.

Carbonati in polvere – L’esposizione al biossido di carbonio (CO2) atmosferico può influire sui risultati della datazione al carbonio. È stato provato che i carbonati in polvere assorbono il CO2 atmosferico a causa della loro superficie estesa. Se il materiale è piuttosto antico (>20 mila anni), è possibile che un’esposizione prolungata all’atmosfera possa generare una deviazione non quantificabile verso il presente.

Quando è necessario estrarre i carbonati perforando o polverizzando aree specifiche del campione (in particolare quelle che si sospettano essere più antiche – più di 20 mila anni), si raccomanda che la perforazione sia fatta in atmosfera di gas inerte (ad esempio N2, Ar, ecc.), che il materiale sia conservato in fiale molto piccole e che sia rapidamente spedito al laboratorio. Se i materiali sono più recenti (<20 mila anni) non è necessaria l'estrazione con gas inerte. In ogni caso, i materiali carbonatici polverizzati dovrebbero essere conservati in fiale molto piccole per limitare l'esposizione all'atmosfera. Non dovrebbero inoltre essere conservati per lunghi periodi.

Report – I risultati possono essere riportati come età radiocarbonica convenzionale, percentuale di carbonio moderno (pMC), frazione moderna (fM), Delta-14C (D14C) o Δ14C su richiesta.

Le conchiglie sono spesso inviate ai laboratori che effettuano spettrometria di massa con acceleratore (AMS) per la datazione al radiocarbonio. La maggior parte del materiale di questo tipo inviato ai laboratori AMS per la datazione al carbonio-14 è rappresentata da conchiglie di molluschi.

La datazione al radiocarbonio delle conchiglie non è un’operazione semplice; esistono molti fattori che possono influenzare i risultati. Il chimico fisico americano Willard Libby, un pioniere della tecnologia di datazione al radiocarbonio, predisse che le conchiglie sarebbero state i materiali per cui questo metodo di analisi si sarebbe rivelato meno efficace.

Le conchiglie possono essere categorizzate come marine, d’estuario o di fiume. Gli analisti dei laboratori AMS devono conoscere il tipo di conchiglia su cui lavorano per poter identificare i contaminanti potenziali e determinare i metodi per rimuoverli.

I molluschi ottengono il carbonio per la costruzione delle conchiglie dalla biosfera. Secondo gli studi scientifici, i molluschi ottengono carbonio organico da piante marine o terrestri e carbonio inorganico dal bicarbonato presente nell’acqua dell’oceano, dall’anidride carbonica nell’atmosfera o dal bicarbonato dell’acqua dolce.

Le conchiglie si formano per deposizione di cristalli di carbonato di calcio su una matrice organica, una proteina chiamata conchiolina. Questa costituisce solo una piccola percentuale del guscio, per questo motivo il campione necessario nel processo di datazione al radiocarbonio è la componente inorganica.

Anche se inorganico, il carbonato è comunque databile poiché la sua formazione ha comportato l’incorporazione di carbonio-14 dalla biosfera. Il carbonato presente nelle conchiglie è di solito sotto forma di aragonite anche se alcune presentano una mescola di aragonite e calcite, mentre altre, come l’ostrica, contengono principalmente calcite.

L’utilizzo del carbonato nella conchiglia presenta alcuni problemi, poiché la si tratta di una sostanza solubile che può effettuare scambi chimici o isotopici con il proprio ambiente. Quando una conchiglia scambia carbonio con gli acidi del terreno circostante, il rapporto di carbonio-14 della conchiglia e la sua età radiocarbonica vengono alterati. Questo scambio di carbonio colpisce solitamente la parte esterna della conchiglia.

La ricristallizzazione, invece, può influenzare anche gli strati interni. Questo fenomeno, insieme alla conversione dell’aragonite in calcite, altera il rapporto di carbonio-14. La ricristallizzazione si verifica quando la conchiglia scambia carbonio con della calcite moderna.

Esistono due fonti, o effetti serbatoio, rilevanti nella datazione al radiocarbonio delle conchiglie – l’e effetto serbatoio marino e l’effetto acqua dura. A causa di questi effetti, è necessario effettuare una valutazione compensativa dei risultati della datazione al radiocarbonio delle conchiglie.

L’effetto serbatoio marino è una conseguenza della lenta miscelazione tra le acque superficiali e profonde degli oceani. Il rapido scambio di carbonio tra l’atmosfera e la biosfera attraverso il ciclo dell’anidride carbonica non è esattamente identico al processo che si verifica tra l’atmosfera e gli oceani.

L’equilibrio di anidride carbonica tra l’atmosfera e le acque di superficie viene raggiunto in tempi relativamente brevi. Le acque superficiali, tuttavia, scambiano anidride carbonica con quelle più profonde con molta lentezza. Infatti il contenuto di carbonio-14 dell’anidride carbonica proveniente dalla superficie e di quella in uscita dalle acque profonde potrebbero già trovarsi in stadi diversi del processo di decadimento del radiocarbonio. Gli studi dimostrano che il tempo di permanenza del carbonio-14 nell’atmosfera oscilla tra 6 e 10 anni, mentre negli oceani potrebbe raggiungere migliaia di anni.

La risalita di acque profonde (upwelling) è un altro fenomeno che contribuisce a diluire il contenuto di radiocarbonio delle acque di superficie. In alcune parti del globo, in particolare nella regione equatoriale, le acque profonde tendono a spostarsi verso l’alto. Questo fenomeno dipende dalla latitudine ed è causato dagli alisei. Anche la forma della costa, la topografia del fondale oceanico, il vento ed il clima locali contribuiscono alla risalita di acque profonde (upwelling). A causa della lenta miscelazione e della risalita delle acque profonde, le acque superficiali degli oceani presentano già un’età radiocarbonica apparente relativa all’atmosfera.

Le conchiglie d’acqua dolce non sono influenzate dall’effetto serbatoio marino, ma possono essere soggette all’effetto acqua dura – la presenza di ioni calcio risultante dalla dissoluzione di carbonato di calcio di età infinita. La presenza di ioni calcio coincide con l’esaurimento del carbonio-14, nonostante la rilevanza dell’effetto acqua dura non sia direttamente correlata alla quantità di ioni calcio. Questo effetto fa apparire i campioni più vecchi di quanto siano, a causa dell’incorporazione di CaCO3 più antico disciolto nella fonte d’acqua dolce da sostanze presenti nei laghi e nei fiumi come calcare o marna. In certi casi questo può essere verificato datando conchiglie viventi che provengono dalla stessa area per verificare se l’età risultante è quella attuale o più vecchia. Questa deviazione, influenzata da diversi fattori, può essere compresa tra poche decine e alcune centinaia di anni.

L’effetto acqua dura può colpire anche le conchiglie marine depositate in aree che presentano un afflusso di acqua dolce ricca di carbonato, come ad esempio le foci dei fiumi. Anche le conchiglie terrestri, come i gusci di lumaca, sono colpite dall’effetto acqua dura nel caso in cui l’organismo si sia nutrito in aree ricche di carbonato come i terreni calcarei.

Gli analisti dei laboratori AMS devono essere a conoscenza degli effetti serbatoio che potrebbero influire su un campione di conchiglia in modo da poter applicare le necessarie compensazioni dell’età. I laboratori AMS quantificano gli effetti serbatoio marino e acqua dura supponendo che non vi siano stati cambiamenti nel contenuto di radiocarbonio, datando conchiglie con età conosciuta della stessa specie, provenienti dalla stessa area e raccolte prima dei test sulle armi nucleari avvenuti tra gli anni ’50 e ’60.

Il valore Delta±R viene applicato solo ai carbonati marini.

A seconda dell’età del carbonato marino, viene applicata automaticamente una correzione di 200-500 anni (ovvero la correzione del serbatoio marino globale) a tutti i campioni. L’applicazione di questa correzione automatica significa che la data radiocarbonica viene resa più recente, poiché sono necessari da 200 a 500 anni perché l’anidride carbonica moderna presente nell’atmosfera sia incorporata e distribuita (equilibrata) nella colonna d’acqua oceanica.

Successivamente alla correzione dell’effetto serbatoio globale, al campione viene applicata anche la correzione Delta±R. Il valore fornito dal cliente viene sottratto o aggiunto a questa età corretta (a seconda che si tratti di un valore Delta+R o Delta–R). Nota: Un valore Delta-R negativo renderà maggiore l’età del campione (si presume una diluizione con acqua dolce rispetto alla media globale dell’acqua marina).

Qui sono disponibili esempi di report che indicano la differenza tra una data radiocarbonica di 1000 +/-30 BP con e senza correzione Delta±R.

L’ambiente locale di un organismo che assimila carbonio è uno dei fattori da prendere in considerazione prima di sottoporre il campione alla datazione al radiocarbonio con AMS. Gli analisti dei laboratori AMS devono essere a conoscenza dei tipi di contaminanti a cui i campioni di conchiglie possono essere stati esposti.

Qualsiasi sostanza contenente carbonio che può modificare per contatto il contenuto di carbonio-14 di una conchiglia è da considerarsi un contaminante. Questo significa che il carbonato di calcio, i materiali umici e l’anidride carbonica del suolo sono tutti contaminanti potenziali. I contaminanti più comuni presenti nei campioni di conchiglie sottoposti alla datazione al radiocarbonio sono quelli causati dallo scambio isotopico e dalla ricristallizzazione.

I laboratori AMS effettuano dei pretrattamenti prima della datazione al carbonio-14 per rimuovere tutti i possibili contaminanti che potrebbero portare a risultati imprecisi.

Lavaggio acido, sonicazione basica o nessun pretrattamento.

Se il materiale inviato è sufficiente, il laboratorio solitamente rimuove la porzione esterna della conchiglia per eliminare i carbonati secondari potenzialmente presenti. Generalmente, più il campione è grande maggiore è la probabilità di ottenere buoni risultati.

I pretrattamenti fisici applicati alle conchiglie prima della datazione al carbonio includono la rimozione di tutti i contaminanti visibili senza l’utilizzo di prodotti chimici, riducendo inoltre le dimensioni del campione.

Lo strato esterno della conchiglia viene rimosso con un trapano e con carta al carburo di silicio per isolare l’aragonite – l’analita per la datazione al radiocarbonio con AMS. La calcite ricristallizzata, quindi considerata un contaminante, è bianca ed ha la consistenza del gesso e può essere facilmente rimossa per foratura.

Gli analisti del laboratorio AMS frantumano i campioni in un mortaio per incrementare l’area superficiale prima di effettuare ulteriori pretrattamenti.

I pretrattamenti chimici utilizzati dai laboratori AMS includono il lavaggio delle conchiglie con acido diluito, solitamente acido cloridrico (HCl), necessario a rimuovere la parte esterna della conchiglia ed i componenti di calcite.

In caso di campioni molto piccoli, potrebbe essere necessario rimuovere una porzione molto ridotta o non rimuoverne alcuna. Se dovesse esserci del materiale aderente o se fossero presenti delle cavità, può essere effettuata la sonicazione.