Fare luce su un mistero antico
La datazione a luminescenza è impiegata per stimare quando i grani di un minerale come il quarzo sono stati esposti per l’ultima volta alla luce del sole. Questa tecnica è fondamentale per la datazione dei siti archeologici e geologici e permette di datare materiali risalenti fino a 500 000 anni fa. Tuttavia, le misurazioni presentano un grado di variabilità, le cui ragioni sono ignote. Il progetto RELOS, sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca, si è prefisso l’obiettivo di svelare le fonti di tale incertezza. «Si tratta di un grande punto di domanda, che crediamo debba essere affrontato», afferma il coordinatore del progetto, Jan-Pieter Buylaert. «In esperimenti di laboratorio, anche se si fornisce a ciascun grano la stessa esatta quantità di radiazioni, si osserva comunque una dispersione inspiegata nella carica accumulata apparente.» Nella pratica, le giustificazioni fornite dai professionisti a misurazione avvenuta sono spesso utili a liquidare o spiegare la dispersione dei dati, infondendo un certo grado di soggettività alla datazione con luminescenza. Buylaert e i suoi colleghi del Politecnico della Danimarca speravano di rendere il progetto più solido identificando la fonte della dispersione.
Decadimento radioattivo
Quando i grani minerali sono sepolti, accumulano gradualmente energia grazie all’esposizione alla radioattività naturale nella matrice circostante. Tale energia è stoccata sotto forma di carica intrappolata nei difetti della struttura cristallina del minerale. Quando i grani sono esposti a una forte luce, sia in natura che in laboratorio, la carica viene liberata e l’energia immagazzinata viene rilasciata sotto forma di fotoni. La luminescenza permette quindi ai ricercatori di quantificare il lasso di tempo in cui i grani sono rimasti sepolti. Il fatto che la carica elettrica dei grani rimanga neutra è un presupposto fondamentale per calcolare il tasso di carica immagazzinata. Tuttavia, il progetto RELOS ha scoperto l’esistenza di un notevole accumulo di disequilibrio di carica, per cui alcuni grani hanno carica negativa e altri positiva. «La causa è la combinazione della grandezza del grano e dell’intervallo della radiazione», spiega Buylaert. «Ma nonostante questo effetto si sia potuto osservare a livello sperimentale, non è stato possibile effettuare un collegamento con la dispersione osservata nelle distribuzioni a dosi naturali.» Una seconda ipotesi suggerisce che le dimensioni, la distribuzione e la geometria dei singoli grani influenzino il modo in cui l’energia assorbita dalla radiazione viene distribuita tra i grani, e conseguentemente il tasso a cui la carica si accumula nei diversi grani minerali. Per spiegare tale fenomeno, il team di Buylaert ha costruito modelli matematici complessi.
Datare il loess
Nel corso del progetto, Buylaert e i suoi colleghi si sono inoltre prefissi di sviluppare una curva per la risposta luminescente alla dose in natura, misurando i grani recuperati dal sito di riferimento terrestre del Quaternario nell’altopiano cinese del Loess. In questo luogo la polvere si accumula da milioni di anni a un ritmo costante ed è possibile effettuare controlli incrociati sull’età dei vari strati impiegando segnali come il paleomagnetismo (inversione della polarità) e i cicli di Milanković. Sfortunatamente, in questa occasione non è stato possibile svolgere tali controlli. «Abbiamo scoperto vari metri di sedimenti erosi: nella sezione erano quindi presenti salti temporali pari a diverse decine di migliaia di anni. Per questo non abbiamo potuto sviluppare una curva di risposta alla dose in questo sito, ma siamo stati in grado di collegare tali lacune temporali ai fenomeni climatici regionali e globali», aggiunte Buylaert. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista «Nature Communications». Buylaert afferma che i modelli geometrici sviluppati nell’ambito di RELOS aiuteranno il suo nuovo progetto dedicato alla migrazione umana in Asia Centrale: «Il problema non scomparirà, e noi sfrutteremo qualsiasi opportunità si presenti per riaprire la nostra indagine.»
Parole chiave
RELOS, datazione con luminescenza, radioattivo, età, minerale, archeologico, radiazione, carica, dispersione