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METODOLOGIE FISICHE PER I BENI CULTURALI Progetto di alternanza scuola lavoro ITIS S. Cannizzaro - Colleferro Anno scolastico 2016-2017 Prof. L. Parisi
METODOLOGIE FISICHE PER I BENI CULTURALIProgetto di alternanza scuola lavoro
ITIS S. Cannizzaro - Colleferro Anno scolastico 2016-2017
Prof. L. Parisi
LA DATAZIONE ARCHEOLOGICA
www.matematicamente.it/staticfiles/approfondimenti/Veglianti-datazione-archeologica.pdf
www.sbai.uniroma1.it/~giovanni.gigante/Materiale_didattico/Datazioni.pdf
CONTENUTI
➤ Datazione relativa: la stratigrafia ➤ Datazione assoluta:
➤ Dendrocronologia ➤ Il metodo del carbonio-14
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).
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.
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.
Marco Lazzati Il carbonio-14 e le datazioni archeologiche, ver. 6.0 novembre 2013
Pag. 27 (di 31)
varie fasi della palificazione, sovrapponendo le sequenze tra di loro, anche in assenza di una serie
dendrocronologica assoluta.
La possibilità di individuare una corretta sovrapposizione, senza commettere errori, aumenta con il numero di anelli a disposizione, per cui, a parità di dimensioni di un palo o di una trave, sono privilegiati gli alberi con
anelli di crescita “sottili” (conifere) rispetto a quelli con anelli “larghi” (castagno, quercia).
Purtroppo non sempre esistono (perchè non ancora costruite) serie dendrocronologiche per la specie, località e periodo desiderati: per esempio non è stato possibile nel 1988 datare mediante dendrocronologia le travi del tetto
della chiesa altomedievale di S. Maria foris portas di Castelseprio (VA), poiché la serie dendrocronologica
disponibile per il castagno e per quella zona non risaliva oltre la metà del XVI secolo.
In compenso i numerosi pali (residui di antiche palafitte) venuti alla luce (causa recenti siccità) sulle sponde del
lago di Varese, permetteranno di estendere per quelle zone la dendrocronologia (risalente per ora non oltre l’Età del Bronzo) fino alle fasi più remote del Neolitico ivi rappresentato (5.000 a. C. circa).
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 7.000-11.000 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.
DENDROCRONOLOGIA
Marco Lazzati Il carbonio-14 e le datazioni archeologiche, ver. 6.0 novembre 2013
Pag. 27 (di 31)
varie fasi della palificazione, sovrapponendo le sequenze tra di loro, anche in assenza di una serie
dendrocronologica assoluta.
La possibilità di individuare una corretta sovrapposizione, senza commettere errori, aumenta con il numero di anelli a disposizione, per cui, a parità di dimensioni di un palo o di una trave, sono privilegiati gli alberi con
anelli di crescita “sottili” (conifere) rispetto a quelli con anelli “larghi” (castagno, quercia).
Purtroppo non sempre esistono (perchè non ancora costruite) serie dendrocronologiche per la specie, località e periodo desiderati: per esempio non è stato possibile nel 1988 datare mediante dendrocronologia le travi del tetto
della chiesa altomedievale di S. Maria foris portas di Castelseprio (VA), poiché la serie dendrocronologica
disponibile per il castagno e per quella zona non risaliva oltre la metà del XVI secolo.
In compenso i numerosi pali (residui di antiche palafitte) venuti alla luce (causa recenti siccità) sulle sponde del
lago di Varese, permetteranno di estendere per quelle zone la dendrocronologia (risalente per ora non oltre l’Età del Bronzo) fino alle fasi più remote del Neolitico ivi rappresentato (5.000 a. C. circa).
DENDROCRONOLOGIA
➤ La dendrocronologia è estremamente accurata. Per alcune specie e località, si possono datare reperti antichi fino a 11.000 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”.
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 50-60 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 1960. Libby e collaboratori datarono un campione dei legno di acacia proveniente dalla tomba del faraone Zoser (2700-2600 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).
DEFINIZIONI E FORMULE UTILI
➤ Legge del decadimento radioattivo:
N(t)= N0 e-𝜆t
N(t) rappresenta il numero di atomi al tempo t (t>0)N0 rappresenta il numero di atomi all’istante t=0λ 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 2.71828).
➤ Tempo di dimezzamento (T1/2):è il tempo dopo cui il numero di atomi radioattivi, così come la loro attività, si è dimezzato e vale T1/2= ln(2)/𝜆 (circa 0.693 τ).
➤ Nel caso del carbonio-14 il tempo di dimezzamento è di 5730±30 anni
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 14C presente nell’atmosfera.
Quando? Metodi fisici per la datazione archeologica, Matteo Veglianti 10
Nel caso del carbonio-14 il tempo di dimezzamento è di 5730±30 anni (figura 7).
5. Ciclo del carbonio-14 Salvo fluttuazioni di cui occorrerà tener conto in fase di calibrazione, la frazione di
carbonio-14 nell’atmosfera terrestre è pressoché costante. Dunque, visto che esiste un decadimento, deve necessariamente esistere un meccanismo di produzione di
radiocarbonio. Esso infatti si genera a causa del bombardamento dei raggi cosmici, questi,
interagendo con l’atmosfera, producono neutroni che reagiscono con gli elementi in essa presenti. La reazione di gran lunga più importante, sia per la sezione d’urto (1.7 barn) [5],
sia per l’abbondanza dell’elemento bersaglio, è la seguente:
Altre reazioni che avvengono sono:
Conoscendo le sezioni d’urto σi e le abbondanze Ni dei vari elementi dell’atmosfera e noto il flusso Φ di neutroni è possibile calcolare la velocità di produzione dei nuclei di :
, pari a circa 7.5Kg/anno[5].
Sapendo che siamo in condizione di equilibrio secolare, cioè i meccanismi di produzione
compensano il decadimento, deve essere , da cui si ricava la quantità
totale di carbonio-14 presente nell’atmosfera: , che
equivalgono a 60 tonnellate. Un grammo di carbonio naturale contiene atomi
di carbonio e quindi atomi di , pertanto la sua attività
specifica vale [5] (abbiamo evidenziato la quantità e l’attività del radiocarbonio presente nell’atmosfera perché questa conoscenza è utile per i nostri scopi,
come vedremo).
Il carbonio-14 così formato è rapidamente
ossidato in ed entra nelle piante
attraverso la fotosintesi e negli animali
attraverso la catena alimentare (figura 8).
Finché un individuo è vivo, scambia
continuamente materia (e quindi anche
carbonio) con l’esterno per questo motivo esiste un equilibrio tra la frazione di
presente nell’atmosfera e quella presente
negli esseri viventi, ossia finché un individuo Figura 8: Ciclo del carbonio-14
➤ Quando un individuo muore il14C 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.
CALCOLO DELLA DATA CONVENZIONALE
Per il calcolo della data convenzionale di un reperto si fanno i seguenti assunti:
➤ La frazione di 14C 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 14C comincia a diminuire per decadimento radioattivo secondo un ritmo noto.
Confrontando la frazione di 14C 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.
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
14C 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 δ13
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 δ13
C viene così usato per “normalizzare” le misure di attività specifica o della frazione
13C/
12C ed ottenere quindi datazioni convenzionali corrette per il
frazionamento isotopico (“corrette C13”).
ESEMPIO 1: L’UOMO DI SIMILAUN
➤ La Mummia del Similaun, anche nota come Uomo del Similaun (nonché Uomo venuto da l gh iacc io e , informalmente, Ötzi) è un reperto an t ropo log i co r i t rova to i l 19 settembre 1991 sulle Alpi Venoste, ai piedi del monte omonimo (ghiacciaio del Similaun, 3.213m s.l.m.) al confine fra l'Italia ( Alto Adige) e l’Austria.
➤ L a d a t a r a d i o c a r b o n i c a c o n v e n z i o n a l e c a l c o l a t a è : (4550±19) BP.
➤ Possiamo dire che Otzi è vissuto, con il 95% di probabilità tra il 3370 e il 3100 a.C., ovvero all’inizio dell’età del bronzo.
Quando? Metodi fisici per la datazione archeologica, Matteo Veglianti 15
Le curve di calibrazione purtroppo non hanno un andamento continuo, ma procedono a
denti di sega (come si vede dalla figura 10) per cui ad una data radiocarbonica
convenzionale possono corrispondere più datazioni di calendario: in alcuni casi sono le
considerazioni storiche a far propendere per una data piuttosto che per un’altra, altrimenti occorre allargare l’intervallo per comprendere tutti i possibili periodi.
10. Esempio 1: l’uomo di Similaun Come esempio, possiamo cercare di datare l’uomo di Similaun (figura 11).
La Mummia del Similaun, anche
nota come Uomo del
Similaun (nonché Uomo venuto dal
ghiaccio e, informalmente, Ötzi) è
un reperto antropologico ritrovato
il 19 settembre 1991 sulle Alpi
Venoste, ai piedi del monte
omonimo (ghiacciaio del Similaun,
3.213m s.l.m.) al confine fra
l'Italia ( Alto Adige) e l'Austria.
La data radiocarbonica convenzionale
calcolata è: [1][6].
Nella figura 12 è riportata tale data
sull’asse delle ordinate e mediante la curva di calibrazione si può risalire alla
data di calendario, riportata sull’asse orizzontale. Si può notare la presenza di
tre intervalli di date di calendario dovuti
all’andamento seghettato della curva di
calibrazione. Non potendo fare
considerazioni storiche atte ad escludere
qualche intervallo, dobbiamo considerare
in range di anni che comprende tutti e tre
gli intervalli plausibili. Pertanto possiamo
dire che Otzi è vissuto, con il 95% di
probabilità tra il 3370 e il 3100 a.C.,
ovvero all’inizio dell’età del bronzo [1][6].
Figura 11: Mummia del Similaun
Figura 12: Curva di calibrazione della datazione di Otzi: si possono notare tre intervalli temporali distinti corrispondenti alla stessa
data convenzionale
Quando? Metodi fisici per la datazione archeologica, Matteo Veglianti 15
Le curve di calibrazione purtroppo non hanno un andamento continuo, ma procedono a
denti di sega (come si vede dalla figura 10) per cui ad una data radiocarbonica
convenzionale possono corrispondere più datazioni di calendario: in alcuni casi sono le
considerazioni storiche a far propendere per una data piuttosto che per un’altra, altrimenti occorre allargare l’intervallo per comprendere tutti i possibili periodi.
10. Esempio 1: l’uomo di Similaun Come esempio, possiamo cercare di datare l’uomo di Similaun (figura 11).
La Mummia del Similaun, anche
nota come Uomo del
Similaun (nonché Uomo venuto dal
ghiaccio e, informalmente, Ötzi) è
un reperto antropologico ritrovato
il 19 settembre 1991 sulle Alpi
Venoste, ai piedi del monte
omonimo (ghiacciaio del Similaun,
3.213m s.l.m.) al confine fra
l'Italia ( Alto Adige) e l'Austria.
La data radiocarbonica convenzionale
calcolata è: [1][6].
Nella figura 12 è riportata tale data
sull’asse delle ordinate e mediante la curva di calibrazione si può risalire alla
data di calendario, riportata sull’asse orizzontale. Si può notare la presenza di
tre intervalli di date di calendario dovuti
all’andamento seghettato della curva di
calibrazione. Non potendo fare
considerazioni storiche atte ad escludere
qualche intervallo, dobbiamo considerare
in range di anni che comprende tutti e tre
gli intervalli plausibili. Pertanto possiamo
dire che Otzi è vissuto, con il 95% di
probabilità tra il 3370 e il 3100 a.C.,
ovvero all’inizio dell’età del bronzo [1][6].
Figura 11: Mummia del Similaun
Figura 12: Curva di calibrazione della datazione di Otzi: si possono notare tre intervalli temporali distinti corrispondenti alla stessa
data convenzionale
ESEMPIO 2: LA SACRA SINDONE
➤ Datazione effettuata nel 1988.
➤ 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: (1262 - 1312) d.C. e (1353 - 1384) d.C.
➤ La Sindone risulterebbe (con probabilità del 95%) un lenzuolo medievale datato tra il 1260 e il 1390 d.C.
Quando? Metodi fisici per la datazione archeologica, Matteo Veglianti 23
16. Esempio 2: la Sacra Sindone [10] Voglio fare ora un ultimo esempio, forse il più citato in antologia e nella critica: si tratta della datazione col radiocarbonio della Sacra Sindone, il lenzuolo che avrebbe avvolto il corpo senza vita di Gesù di Nazareth e che oggi è custodito nel duomo di Torino (figura 22). La datazione è stata effettuata nel 1988, inizialmente l’esame doveva essere eseguito da sette diversi laboratori con i due metodi visti nei paragrafi precedenti (paragrafi 12 e 13), alla fine sono stati selezionati solo 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. Anche le istituzioni atte a supervisionare i lavori, inizialmente tre, furono ridotte ad una: il British Museum, rappresentato da Michael Tite, noto medievalista. Infine, si era inizialmente deciso di prelevare i campioni da datare in diverse zone del lenzuolo, ma alla fine furono prelevati tutti e tre dall’angolo in basso a destra (che è la parte più malridotta del lenzuolo). Ogni laboratorio ha ricevuto un pezzo di tessuto di circa 50 mg, che hanno datato. I risultati primari della analisi sono rimasti strettamente segreti nonostante le ripetute richieste. La data radiocarbonica convenzionale mediata dalle tre misure
risulta essere: , che corrisponde a due intervalli di date di calendario: e (fig. 23). Quindi si può affermare che la Sindone risulterebbe (con probabilità del 95%) un lenzuolo medievale datato tra il 1260 e il 1390 d.C. Questa datazione ha suscitato subito molte polemiche a partire dall’accusa di frode
intenzionale da parte di chi ha
Figura 22: Sindone
Figura 23:Curva di calibrazione della Sindone
DIBATTITO
➤ Periodo compatibile con le prime testimonianze storiche certe dell 'esistenza della Sindone (1353-1355 circa).
➤ Il lenzuolo ha subito numerosi traumi: il suo contenuto di 14C potrebbe essere variato non solo a causa della radioattività.
➤ Precedenti datazioni con altri metodi, giungevano a risultati diversi.
Quando? Metodi fisici per la datazione archeologica
Matteo Veglianti
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.
