Università di Ferrara Facoltà di Scienze Fisiche, Matematiche e Naturali

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1 Università di Ferrara Facoltà di Scienze Fisiche, Matematiche e Naturali Corso di laurea in Scienze e Tecnologie per Ambiente, Natura e Beni culturali Anno Accademico Metodologie dello scavo archeologico Datazioni

2 Tempo 0 La storia inizia un po meno di 14 miliardi di anni

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5 CRONOLOGIA I metodi che permettono di ricostruire la CRONOLOGIA degli eventi passati sono sostanzialmente di due tipi: La cronologia relativa che consiste nel ricostruire l ordine di successione degli eventi, basandosi sul principio della sovrapposizione La cronologia assoluta che attribuisce ciascun evento ad un momento preciso nel tempo, sulla base di una scala cronologica. Se prima dell introduzione dei metodi di datazione assoluta, la cronologia veniva ricostruita essenzialmente servendosi della comparazione tra diverse sequenze di strati (stratigrafie), attualmente nella pratica comune i due metodi tendono a completarsi.

6 METODI DI DATAZIONE RELATIVA Una cronologia relativa può essere fornita da diversi ordini di testimonianze: alternanza e successione di resti fossili di vertebrati e invertebrati o di resti botanici (pollini, più raramente legni, foglie, ecc.) nell ambito di depositi naturali o antropici (biocronologia); sequenza e comparazione delle industrie litiche, ceramiche ecc. e più in generale dei prodotti dell attività umana (cronologia culturale) che cambiano in funzione delle tecniche adottate e delle modalità di lavorazione nell ambito di depositi naturali o antropici.

7 METODI DI DATAZIONE ASSOLUTA metodi incrementali: sfruttano fenomeni che avvengono con cadenza annuale o prevedibile. Le scale cronologiche che si ricavano in questo modo riguardano un arco cronologico limitato e hanno perlopiù valenza locale. b) metodi radiometrici: sfruttano il decadimento di alcuni isotopi radioattivi che si trasformano, emettendo particelle di varia natura, in altri isotopi stabili. Il passaggio tra elemento genitore e figlio avviene in modo esponenziale secondo un periodo T/2 ( tempo di dimezzamento ) caratteristico per ciascun isotopo. Consentono di datare eventi relativi all intero il Pleistocene.

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9 Sistemi di datazione Carbonio-14 Potassio-Argon Uranio-Torio Assoluti Termoluminescenza Paleomagnetismo Dendroconologia (incrementale) Varve (incrementale)

10 Principali metodi di datazione assoluta

11 Il metodo del Radiocarbonio (14C) Nel carbonio solo un atomo su un milione è costituito da 14C con 8 neutroni nel nucleo che lo rendono instabile. Questo viene prodotto nell alta atmosfera dai raggi cosmici che producono neutroni ad alta energia i quali bombardano l azoto 14, producendo atomi di C14 che assorbito dalle piante tramite la fotosintesi.

12 Il metodo del Radiocarbonio (14C) Il tempo di decadimento del carbonio 14 è a calcolato, dopo la morte dell individuo, in anni. Il decadimento di ogni atomo comporta l emissione di particelle beta che possono essere contate. Viene utilizzato per datare reperti fossili d origine organica come ossa, carboni e altre fibre animali e vegetali. Permette di stabilire una cronologia precisa del Paleolitico superiore, raggiungendo gli oltre anni. La recente adozione del metodo AMS (Accelerator Mass Spectrometry) permette l utilizzo di campioni di dimensioni inferiori, consentendo di datare anche semi o frammenti di tessuti.

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14 Calibrazione delle date al radiocarbonio Si è resa necessaria da quando si è scoperto che la concentrazione di C14 nell atmosfera è variata nel tempo e le date anteriori a 3000 B.P. sono risultate più recenti come dimostrato dalla dendrocronologia. Grazie alle date al radiocarbonio ottenute su anelli di accrescimento di alberi è stato possibile creare curve di calibrazione valide per gli ultimi 8000 anni circa e con le date ottenute con la serie dell uranio fino ad oltre anni fa.

15 corteccia cambio Abete rosso

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17 Una datazione qualsiasi ad esempio BP significa che esiste il 66% di possibilità (1 ) che la datazione cada entro il 4700 e il 4500 ed inoltre esiste il 95% (2 ) di possibilità che la datazione cada tra il 4800 e il 4500

18 Potassio-argon Tecnica di datazione cronometrica che si basa sul decadimento radioattivo del potassio 40 (40K) contenuto allo stato naturale nelle rocce. Il 40K si disintegra secondo due meccanismi: con cattura di un elettrone diventa argon 40 (40Ar) con l emissione di una radiazione beta diventa Ca-40. Quest ultimo non è utilizzabile per le datazioni perché la maggior parte delle rocce contiene calcio-40 come elemento primario e non si può determinare la quantità prodotta dal decadimento del K-40. Il restante K-40 si trasforma nel gas argon 40, che può essere misurato insieme alla quantità di potassio 40 presente nel campione per fornire una datazione Il principio della datazione suppone che nel corso del tempo il rapporto 40Ar/40K non sia stato alterato da cambiamenti tipo inquinamento da argon atmosferico e proprio per questo motivo viene utilizzato per materiali più vecchi di anni dove l errore diventa trascurabile.

19 Questo metodo viene impiegato su rocce rocce vulcaniche ed indica l età di formazione dei cristalli in esse contenute ed al cui interno viene imprigionato l argon. Dal punto di vista operativo avviene la fusione dei cristalli per liberare l argon il cui tasso rispetto agli altri isotopi dell argon stesso che viene determinato con uno spettrometro di massa. Questo metodo è stato usato per determinare l età degli strati in cui sono contenuti i vari ominidi ritrovati in Africa orientale ed anche per le rocce più antiche finora conosciute. Periodo di dimezzamento: 1,3 x 109 periodo di applicazione: T0-104

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21 Metodi basati sulla serie dell Uranio Sono metodi basati sul decadimento radioattivo degli isotopi dell Uranio Il metodo Uranio Torio è basato sulla misura del rapporto 230Th/ 234U, elementi radioattivi della famiglia dell uranio-238. Il Th-230 presente nel campione è dovuto al decadimento radioattivo dell U-234 intrappolato nel campione. La tranche di tempo ricoperta da questo metodo è compresa tra e anni. E adatto per datare rocce ricche di carbonato di calcio (stalattiti, stalagmiti, travertini, calcari di origine biologica) oltre a coralli, gusci di lamellibranchi e gasteropodi.

22 Metodo basato sulle tracce di fissione Questo metodo studia le tracce lasciate, nei minerali o nei vetri (es: ossidiana o altri vetri vulcanici, minerali inclusi nella ceramica) dal passaggio di particelle nucleari emesse dalla fissione spontanea dell U-238 (l U-238 infatti oltre a decadere in isotopo stabile occasionalmente si divide a metà). L età in anni viene calcolata determinando il rapporto tra la densità di tracce di fissione spontanea e quella di tracce di fissione indotta. Questo metodo, particolarmente efficiente viene usato soprattutto per datare materiali più vecchi di anni. Le rocce che abbiano subito forti riscaldamenti o che siano state esposte al bombardamento di raggi cosmici, tuttavia, possono fornire date non corrette.

23 Metodi radiometrici di datazione assoluta Metodi basati sugli effetti della radioattività Anche questi metodi dipendono dal decadimento radioattivo di isotopi instabili, ma in modo indiretto. Si basano infatti sul calcolo della radiazione ricevuta dal campione, anziché su quella emessa. Per calcolare l età del campione è necessario rapportare la dose totale di radiazione ricevuta dal campione con la dose di radiazione annuale del luogo di deposizione. Per questi metodi la funzione relativa al tempo risente delle condizioni chimico-fisiche dell ambiente in cui è deposto l oggetto da datare, le quali entrano in gioco modificando la dose annuale d irradiazione. Anche se tali metodologie sono piuttosto complesse e prevedono una precisione inferiore alle precedenti, permettono di coprire un intervallo di tempo molto ampio.

24 Termoluminescenza Il metodo si basa sul fatto che i materiali a struttura cristallina, come la ceramica, contengono piccole quantità di elementi radioattivi (uranio, torio e potassio radioattivo). Questi elementi decadono a velocità costante e nota, emettendo radiazioni α, β e γ che bombardano la struttura cristallina dislocando alcuni elettroni che vengono poi intrappolati nei punti di imperfezione del reticolo, dove il loro numero aumenta con il passare del tempo. Solo quando il materiale viene rapidamente riscaldato a 500 C o più gli elettroni gli elettroni riscaldati possono fuggire riportando l orologio a zero. In questo processo emettono luce che costituisce appunto il fenomeno di termoluminescenza. Si applica alla ceramica, alla selce riscaldata ed anche alle concrezioni.

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26 DENDROCRONOLOGIA

27 Tecniche di datazione relativa calibrate Sono metodi di datazione che si basano su processi naturali non completamente regolari Forniscono comunque indicazioni utili in termini relativi e possono essere calibrati, nelle diverse aree, attraverso metodi di datazione assoluti.

28 Racemizzazione degli aminoacidi Si basa sul principio per cui gli aminoacidi presenti negli organismi viventi hanno una forma levogira (L) orientando la luce a sinistra. In funzione del tempo e della temperatura, dopo la morte dell individuo questi diventano destrogiri (D), fino a raggiungere uno stato di equilibrio (soluzione racemica). Il metodo si è dimostrato difficile da applicare, a causa della determinazione delle temperature medie alle quali il campione è stato esposto e all influenza dovuta alla possibile esposizione a ad una sorgente di calore (es. fuoco o sole estivo che possono avere accelerato l inversione da L a D). Il metodo, ancora sperimentale, viene utilizzato per datare ossa e può raggiungere età di oltre anni.

29 Idratazione dell Ossidiana Si basa sul principio per cui quando l ossidiana è fratturata questa inizia ad assorbire acqua dall ambiente, formando una pellicola la cui entità può essere misurata. Il livello aumenta di spessore con il tempo, ma il suo ritmo di crescita non è universale. Può fornire datazioni comprese tra l Olocene e circa anni fa.

30 Il Paleomagnetismo Il si basa sulla registrazione dell orientamento del campo magnetico terrestre nelle rocce magmatiche, metamorfiche d alta temperatura e sedimentarie al momento della loro formazione. Nel 1906 Brunhes scoprì che alcune rocce erano magnetizzate in maniera opposta rispetto alla magnetizzazione attuale. Le inversioni di polarità subite dal campo magnetico terrestre nel corso del tempo, hanno permesso di ricostruire una cronologia a scala globale. Una serie di datazioni assolute realizzate con il metodo K/Ar ha consentito di attribuire alle inversioni del campo magnetico età in anni e di ricostruire una cronologia paleomagnetica valida per gli ultimi 5 M.A.

31 Inversione di polarità Gilbert inversa Gauss normale 5-3,3 M.A M.A. Matuyama inversa 2.5 M.A Brunhes normale oggi Ogni epoca principale è interrotta da eventi minori e più brevi di polarità opposta.

32 Metodo delle varve Si tratta di depositi annuali originati dalla deposizione di sedimenti in laghi alimentati da acqua di fusione di un ghiacciaio o di ambiente periglaciale. Una varva è formata da un livello chiaro sormontato da un livello scuro, ciascuno dei quali, dello spessore di qualche centimetro, corrisponde alla sedimentazione di una stagione. Quello chiaro sabbioso e più spesso, deposto in estate, deriva da apporto detritico trasportato dall acqua di fusione. Quello scuro argilloso e più sottile è fangoso frutto della decantazione invernale in acque ferme Il metodo viene utilizzato soprattutto per stabilire la cronologia del Tardiglaciale e del Postglaciale nell Europa settentrionale e nel Nordamerica, correlando tra loro i depositi a varve e studiandone le associazioni polliniche.

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