domenica, Giugno 7

Sindone: il problema non è il radiocarbonio Le anomalie degli studi e la validità del metodo. Lucio Calcagnile e Claudio Tuniz spiegano perché il metodo è valido

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Nella querelle relativa alla datazione della Sindone di Torino con il metodo del radiocarbonio uno dei punti più controversi è il possibile inquinamento del tessuto sindonico che avrebbe potuto alterare i risultati della datazione.

Lucio Calcagnile, Professore Ordinario di Fisica Applicata all’Università del Salento dal 2005, docente di Fisica Applicata ai Beni Culturali, Tecniche di datazione, Tecniche Nucleari non distruttive di analisi dei materiali, Direttore, dal 1999, del CEDAD (Centro di Datazione con il radiocarbonio dell’Università del Salento), e Claudio Tuniz, scienziato del Centro Internazionale di Fisica Teorica ‘Abdus Salam’ di Trieste, che dal 1990 al 2000 è stato responsabile del programma di radiodatazioni con acceleratori presso la Australian Nuclear Science and Technology Organisation, sono tra i massimi esperti italiani del metodo del radiocarbonio.
A Calcagnile e Tuniz abbiamo sottoposto i dubbi al centro dell’affaire radiocarbonio.

Il CEDAD è il primo Centro di ricerca e servizio datazione in Italia in grado di effettuare la misura del radiocarbonio direttamente con un acceleratore di particelle con la tecnica della Spettrometria di Massa con Acceleratore (AMS). Quando nel 1988 fu datata la Sindone, non esistevano in Italia laboratori in grado di effettuare la datazione con la tecnica AMS. Anzi, spiega Calcagnile, il CEDAD nasce proprio dalla necessità di colmare il gap tecnologico con i Paesi che si erano dotati da tempo di questa tecnica di misura degli isotopi del carbonio tra cui la Svizzera, l’Inghilterra, gli Stati Uniti, la Germania, l’Austria, la Francia, l’Australia e la Nuova Zelanda. La mancanza di una struttura di ricerca in grado di effettuare la datazione con il radiocarbonio mediante AMS era dovuta principalmente alla carenza di adeguati finanziamenti (alcuni milioni di euro) necessari per la realizzazione del laboratorio di datazione.

Il metodo di datazione al radiocarbonio è il metodo più affidabile per la datazione diretta dei resti di organismi che sono vissuti negli ultimi 50.000 anni. Esso funziona secondo i seguenti principi”, dice Claudio Tuniz.

Il radiocarbonio (carbonio-14) è un radionuclide naturale prodotto nella stratosfera dalle reazioni nucleari dei raggi cosmici. Dopo la sua ossidazione, esso si mescola con la normale anidride carbonica atmosferica, che a sua volta è in equilibrio con la biosfera. Le piante e gli animali assorbono carbonio dall’atmosfera attraverso la fotosintesi e i processi metabolici, che sono parte del ciclo globale del carbonio. In condizioni di equilibrio, la concentrazione di radiocarbonio negli organismi viventi è simile a quella dell’atmosfera. Quando il carbonio è assorbito e fissato nei loro tessuti, esso rimane isolato dall’ambiente: gli isotopi stabili del carbonio, carbonio-12 e carbonio-13, mantengono nel tempo la loro concentrazione mentre il carbonio 14 decade (processo che ovviamente continua dopo la morte dell’organismo), senza essere rimpiazzato. Metà degli atomi di carbonio-14 presenti nel materiale organico originale decadono ogni circa 5730 anni, quindi la loro concentrazione nel carbonio estratto dal materiale organico ne fornisce l’età, fino a oltre 50.000 anni fa.
Lo sviluppo del metodo fece meritare il Premio Nobel al suo ideatore, lo scienziato americano Willard Libby.

La misura del radiocarbonio secondo il metodo sviluppato da Libby, spiega Calcagnile, “detto Metodo Convenzionale o Radiometrico, si basa sulla misura della radiottività emessa dal radiocarbonio che avviene con l’emissione di una particella detta beta. La tecnica di Libby misura indirettamente il radiocarbonio e richiede, pertanto, grandi quantità di materiale non sempre disponibili. Ecco perchè la Sindone non è stata datata negli anni ’60, perchè sarebbe stato necessario utilizzarne una porzione considerevole, almeno 500 cm2”. La AMS (Accelerator Mass Spectrometry) consente di misurare il radiocarbonio direttamente in un opportuno rivelatore. “Anche se i costi di allestimento di un laboratorio AMS sono notevoli, i vantaggi sono tanti a cominciare dalla possibilità di effettuare la datazione con pochi millesimi di grammo di carbonio”, spiega Tuniz. “Con lo sviluppo del metodo della spettrometria di massa con acceleratore per il conteggio diretto degli atomi di carbonio-14, alla fine degli anni 1970, divenne possibile l’analisi di campioni inferiori al millesimo di grammo di carbonio, con errori sull’età di circa 20-30 anni. Questo errore può diventare più elevato (ma mai di grande entità) in seguito alla calibrazione dendrocronologica, che è necessaria per correggere le fluttuazioni della concentrazione di carbonio-14 nell’atmosfera. Il mio ex-laboratorio, in Australia, può analizzare campioni corrispondenti a pochi microgrammi di carbonio, usando metodi sviluppati per l’analisi del radiocarbonio nel ghiaccio antartico”.
E’ grazie a questa importante innovazione tecnologica che fu possibile datare la Sindone prelevando una piccola striscia che fu poi divisa in tre parti e consegnata ai laboratori di Tucson in Arizona, Zurigo e Oxford.

Quali sono gli elementi che possonoinquinare l’oggetto sottoposto a datazione al radiocarbonio? Tutto ciò che dall’esterno può modificare la concentrazione di carbonio può potenzialmente contaminare il campione. Ma i ricercatori esperti che operano nei centri di ricerca che utilizzano la tecnica AMS sanno riconoscere l’eventuale contaminazione e sono in grado di intervenire con efficaci trattamenti fisico-chimici per rimuoverla. Questa fase della preparazione del campione è prioritaria, altrimenti i risultati non avrebbero senso”, afferma Calcagnile.
Un possibile tipo di contaminazione, spiega Tuniz, “è quella dovuta a materiale organico fossile molto antico, in cui tutto il radiocarbonio è decaduto. Questa contaminazione diluisce gli atomi di carbonio-14 presente nei campioni d’interesse, facendoli apparire più antichi. D’altra parte, la contaminazione con materiale organico più recente, può far apparire il materiale d’interesse più giovane. Sono state considerate diverse possibili contaminazioni del tessuto di lino originario della Sindone, per spiegare l’età radiocarbonio (più giovane di quella prevista) misurata nel 1988: da quelle introdotte da un incendio che l’aveva parzialmente bruciata, a fili provenienti da un successivo rammendo, all’azione di batteri, fino all’idea che fossero stati emessi neutroni durante la resurrezione. Nel caso dell’incendio (storicamente avvenuto nel1532) si suggerisce la possibilità che sia stato trasferito carbone più recente attraverso la pirolisi della cellulosa. E’ difficile comunque che una contaminazione della Sindone possa far variare l’età radiocarbonio in modo così elevato, dando lo stesso risultato per tutti i campioni analizzati. Ogni seria contaminazione produce, infatti, risultati eterogenei e non riproducibili per i diversi campioni prelevati”.

Una delle obiezioni che spesso sono state fatte ai tre laboratori che hanno eseguito le analisi è che non sono state fatte le analisi preliminari. L’assenza di tali analisi può aver inficiato l’esito del radiocarbonio? I laboratori che hanno datato la Sindone, dice Calcagnile, “godono di un prestigio riconosciuto da tutti da sempre. Nel momento in cui un campione arriva nei laboratori chimici viene sottoposto a tutta una serie di osservazioni preliminari, sia con tecniche di microscopia ad elevato ingrandimento, sia con tecniche spettroscopiche di analisi del materiale. I trattamenti successivi sono molto aggressivi e molto efficaci e mirano proprio alla rimozione di tutto ciò che si è potuto depositare o infiltrare nel materiale da datare”.
E’ sempre una buona norma, afferma Tuniz, “fare analisi microscopiche e microanalitiche per caratterizzare il campione che si vuole datare con il radiocarbonio, per valutare l’integrità dei campioni e possibili contaminazioni”.

Se un problema ci può essere stato, non sarebbero tanto i fattori inquinanti, piuttosto la localizzazione dei prelievi, obiezione sollevata per altri da molti tra i critici del radiocarbonio. “Sarebbe stato utile verificare con più attenzione i rammendi e altre anomalie di questa parte della Sindone”, afferma Tuniz. “Ovviamente la strategia migliore sarebbe stata di prendere campioni da parti diverse della reliquia, com’era stato originariamente proposto. In ogni caso, uno dei laboratori coinvolti nella datazione del 1988 ha recentemente eseguito un’analisi fotomicrografica su un campione della Sindone che non era stato utilizzato, confermando la validità delle analisi al radiocarbonio”. Resta il fatto che “non è stato prudente datare la Sindone prelevando campioni solo in un punto, soprattutto se questo si trova nella parte della Sindone che era stata bruciata e rammendata

Un oggetto come la Sindone che nel corso dei secoli ha subito una serie infinita di azioni che vanno dagli incendi alle manipolazioni a esposizioni a svariati eventi atmosferici può essere datato con il metodo del radiocarbonio senza correre il rischio di errori gravi? E’ vero, dice Calcagnile, “che la Sindone ha subito numerose azioni nel corso dei secoli, ma questo vale anche per tutti i campioni che vengono inviati nei nostri laboratori. Ogni forma di contaminazione, superficiale o profonda, deve essere rimossa con trattamenti chimici adeguati prima della datazione con l’acceleratore. Spesso si usano trattamenti chimici diversi per confrontare i risultati, come fu fatto anche dai tre laboratori. Bisogna considerare inoltre che, a differenza di altre tecniche di datazione per le quali l’elevata temperatura, l’umidità o l’esposizione alla luce posso falsare i risultati, la tecnica del radiocarbonio si basa sulla misura del 14C e dei suoi isotopi stabili. La concentrazione di queste particelle, che differiscono per la presenza di uno o più neutroni nel nucleo dell’atomo, non subisce variazioni per effetti esterni come quelli che ho citato prima”.
Sono stati usati altri metodi per datare la Sindone, ricorda Tuniz, “ma non credo che siano affidabili: il radiocarbonio rimane il metodo più preciso per la datazione dei materiali organici degli ultimi 50.000 anni”.

La tecnica AMS fu sviluppata verso la fine degli anni ’70, alcuni centri di ricerca convertirono acceleratori di particelle che venivano utilizzati per ricerche di Fisica della materia, o la Fisica nucleare, in spettrometri di massa ultrasensibili per poter misurare direttamente il radiocarbonio. Negli ultimi due decenni si è passati da acceleratori che avevano un funzionamento che richiedeva la supervisione continua dei ricercatori, ci spiega Calcagnile, a macchine di nuova generazione completamente automatizzate. Inoltre si è ridotta notevolmente la dimensione degli acceleratori, da diverse decine di metri a dimensioni che occupano stanze di pochi metri quadrati. Tuttavia questi progressi non hanno modificato sostanzialmente la tecnica AMS rispetto a come era ai tempi della datazione della Sindone nel 1989. Invece importanti passi avanti sono stati fatti relativamente alla possibilità di datare campioni sempre più piccoli, grazie allo sviluppo di sorgenti connesse con l’acceleratore che richiedono il materiale in forma gassosa, anzichè solida, come generalmente avviene ancora nella maggioranza dei laboratori AMS. “Di solito il materiale da datare, dopo lunghi trattamenti fisici e chimici viene combusto in modo da produrre l’anidride carbonica necessaria per la datazione e successivamente questa viene trasformata in forma solida, cioè in grafite. Al CEDAD solitamente il campione sotto forma di grafite contiene circa un millesimo di grammo di carbonio che poi viene inserita, in forma solida, nella sorgente dell’acceleratore. Questa quantità è piccolissima e consente di datare materiali con prelievi assolutamente minimi di materiale”.

Recentemente si sono sviluppate le sorgenti a gas che consentono di datare il materiale, senza ridurlo in grafite, ma direttamente iniettando la CO2, nell’acceleratore. “Una sorgente innovativa è proprio in fase di ingegnerizzazione al CEDAD, tra l’altro in collaborazione con il Politecnico Federale di Zurigo, che nel 1989 datò la Sindone. La sorgente a gas del CEDAD è poi connessa con un sistema di spettrometria di massa isotopica che misura gli isotopi stabili e fornisce al tempo stesso anche un controllo di qualità del campione da datare. E, soprattutto, abbiamo già dimostrato la possibilità di datare un materiale organico con soli 10 milionesimi di grammo, che corrisponde ad una quantità cento volte inferiore a quella che attualmente utilizziamo”. Per tanto, una nuova datazione della Sindone con questo metodo sarebbe possibile in quanto l’operazione si potrebbe fare senza dover sacrificare quantità significative del telo. Secondo Calcagnile “basteranno un paio di millimetri di filo di lino, per effettuare la datazione. Quindi la datazione potrà essere effettuata in tanti punti diversi e in un modo praticamente non distruttivo”.

Si potrebbe datare, dice Tuniz, “parte di un singolo filo della Sindone, invece che un riquadro grande come un francobollo, com’era stato fatto nel 1988. Ci sono inoltre nuovi metodi chimici per decontaminare i campioni, sviluppati in questi ultimi anni, e procedure avanzate per estrarre composti e molecole specifiche che possano assicurare che si sta datando veramente il materiale d’interesse”. Negli anni 1990, continua Tuniz, “quando dirigevo il centro di datazione al radiocarbonio dei laboratori nazionali australiani di Lucas Heights a Sydney, in collegamento con un gruppo italiano, avevo proposto la datazione diretta del polline che è stato rinvenuto nei tessuti della Sindone, dopo una sua opportuna caratterizzazione, ma questa strada non è stata poi seguita. Il mio gruppo aveva sviluppato metodi avanzati per datare antiche pitture rupestri fatte dagli aborigeni australiani durante il lontano passato, usando appunto il polline incorporato in nidi di vespa costruiti sopra le pitture medesime”. Tuniz, al tempo propose tale datazione agli ambienti scientifici di Torino, “in quel periodo ho datato reperti dei Musei del Vaticano, la Corona di Carlomagno, una opera di Donatello a Santa Croce), gli scacchi di Venafro, e molto altro. Penso che avremmo datato la Sindone senza costi, come abbiamo fatto con altri interessanti campioni italiani”.

 

[***Questo articolo è stato pubblicato il 02.04.2015, in occasione dello Speciale Ostensione Sindone 2015]

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