Un viaggio nella fisica nascosta da uno degli esempi più famosi di impiego virtuoso delle radiazioni nucleari. Il carbonio-14 (C-14), quante volte lo
Un viaggio nella fisica nascosta da uno degli esempi più famosi di impiego virtuoso delle radiazioni nucleari.
Il carbonio-14 (C-14), quante volte lo abbiamo sentito nominare nei telegiornali nazionali e dagli ormai onnipresenti criminologi dei salotti TV? Ma cominciamo con il chiarirci le idee su cosa sia e da cosa sia prodotto.
Il carbonio, così come tutti gli elementi esistenti, è presente in natura in diverse “forme isotopiche”: si tratta sostanzialmente di atomi dello stesso elemento, in questo caso il carbonio, che presentano masse leggermente diverse: per avere un’idea, il carbonio è “vive” in natura in tre forme, C-12, C-13 e C-14, con massa diversa, l’una dall’altra, di pochi miliardesimi di miliardesimi di miliardesimi (si, tre volte miliardesimi) di chilogrammi.
Ma chi lo produce questo carbonio-14?
Le fonti sono molteplici ma, per semplificare il discorso, possiamo assumere che tutto il carbonio-14 che esiste sulla terra sia prodotto in seguito all’interazione dei raggi cosmici (particelle molto energetiche provenienti dal sole, dalle stelle e da fenomeni di esplosione delle stesse) con gli atomi di azoto che abitano gli strati più bassi della nostra atmosfera. In particolare, i neutroni particolarmente “lenti”, detti termici, reagiscono con l’azoto e danno luogo alla formazione di C-14, rilasciando un protone. Questo carbonio si lega con l’ossigeno a costituire l’anidride carbonica che, come noto, viene utilizzata dai vegetali durante la fotosintesi clorofilliana. Tutte le piante sulla terra finiscono quindi per avere carbonio-14, in una concentrazione che è sempre intorno al singolo atomo ogni 750 miliardi di atomi di carbonio.
E quindi?
Non appena la pianta muore, essa cessa di assorbire, mediante la propria “respirazione”, anidride carbonica, compresa quella costituita da atomi di C-14. Ora, questi ultimi, sono radioattivi, tendono cioè a trasformarsi spontaneamente, senza alcuna influenza esterna, in atomi di azoto del medesimo peso.
Il ritmo esatto cui gli atomi di C-14 “muoiono” lasciando spazio a quelli di azoto è noto, e costante. In particolare, il numero di atomi inizialmente presente si dimezzerà in 5730 anni. Se contiamo quindi il numero di nuclei di carbonio-14 rimasti in una pianta, conoscendone la quantità iniziale, è ovviamente possibile calcolare quanto tempo sia trascorso dalla morte della pianta stessa.
E per quanto riguarda i resti umani?
La risposta è semplice, gli animali erbivori si cibano di vegetali, quelli carnivori di animali che a loro volta hanno mangiato altri animali o piante, e gli uomini? Gli uomini mangiano carnivori, erbivori e piante. E così anche in animali e uomini la concentrazione di carbonio-14 raggiunge quell’ormai famoso atomo su 750 miliardi. Quando l’uomo, o l’animale, muore, esso cessa di alimentarsi, e il C-14 può solo “scomparire” per effetto del suo spontaneo decadimento radioattivo. Anche in questo caso, contando il numero di atomi rimasti, e conoscendone il numero iniziale, si può risalire, con una certa incertezza, alla data della sua morte.
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