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particolare dell'acceleratore
 

 

 

Metodologie isotopiche per l’archeologia e l’ambiente

 
 


Nell’ultimo decennio, si è manifestata, in tutti i campi delle Scienze Ambientali e dei Beni Culturali, una forte esigenza di metodologie innovative da affiancare a quelle convenzionali per una comprensione più approfondita di complessi processi ambientali e antropogenici. Le metodologie isotopiche hanno, di conseguenza, assunto un ruolo sempre più importante in un numero crescente di procedure di analisi e di controllo sia in campo industriale, che ambientale, biomedico e artistico. Si tratta, in generale, di metodi di misura sviluppati nella ricerca di base in fisica che, una volta definite procedure e precisioni ottenibili, sono stati trasferiti a laboratori in vari altri campi.
Tra questi metodi la spettrometria di massa di isotopi stabili degli elementi più abbondanti in natura, costituisce un potente mezzo di indagine, largamente utilizzato nelle scienze applicate alla diagnostica dei beni culturali ed ambientali. L’ambiente è, per sua natura, in continua evoluzione ma l’uomo ne ha accelerato il passo in una direzione incognita. Ecco, allora, che la determinazione della composizione isotopica di elementi quali il Carbonio, l’Ossigeno e l’Azoto nell’atmosfera, nel suolo, nella vegetazione e nelle acque, si è dimostrata un indicatore molto sensibile delle piccole variazioni (spesso dovute proprio ad attività antropiche) dei flussi di questi elementi e per studiare meccanismi ancora poco chiari.
La presenza nelle matrici ambientali di isotopi cosmogenici a lungo tempo di dimezzamento (cioè isotopi radioattivi continuamente prodotti dal bombardamento dell’atmosfera terrestre da parte della radiazione proveniente dallo spazio) consente di ampliare significativamente le possibilità di indagine, purché la sensibilità della misura dei rapporti isotopici sia spinta a livelli estremamente elevati, fuori dalla portata della spettrometria di massa convenzionale. La Spettrometria di Massa con Acceleratore (AMS), invece, è una metodologia molto sofisticata che consente misure ultrasensibili e la cui applicazione più nota è la datazione radiocarbonica. Tale datazione (per reperti con età compresa tra 0 e circa 50.000 anni) può essere effettuata purché essi contengano Carbonio di origine organica. In tal caso, infatti, il rapporto isotopico 14C/12C, costante ed uguale a quello di equilibrio dell'anidride carbonica atmosferica finché l'organismo è vivo, diminuisce (dal momento della morte dell'organismo) con un andamento esponenziale caratterizzato dalla vita media del 14C (8270 anni). La misura del rapporto isotopico attuale consente, così, di risalire al tempo trascorso.
D’altra parte, la misura con il metodo radiometrico convenzionale, basato sul conteggio degli elettroni di decadimento del 14C radioattivo, richiede quantità di materiale che in molti casi non sono disponibili (finanche chilogrammi) e/o tempi di misura proibitivi (in qualche caso fino a diversi mesi per campione). Con l’AMS, invece, l'identificazione ed il conteggio degli atomi di 14C presenti nel campione è possibile anche con quantità inferiori al mg e con tempi dell’ordine dei minuti. Più in generale, l'AMS consente misure ultrasensibili delle concentrazioni di isotopi rari, che costituiscono un indicatore molto sensibile di processi naturali che hanno caratterizzato nel passato l'evoluzione dell'ecosistema terrestre e dell’attività umana. L’utilizzo di cronometri naturali come il 14C si estende in molti campi di indagine: dall'archeologia alla climatologia, dall'idrologia all'oceanografia, dalla paleoantropologia al paleomagnetismo, dalla fisica ambientale alla vulcanologia.
In questo contesto scientifico in grande evoluzione, INNOVA propone una struttura di ricerca avanzata, il CIRCE: Center for Isotopic Research on the Cultural and Environmental heritage.
La punta di diamante di CIRCE è il sistema di Spettrometria di Massa Ultrasensibile basato sull’acceleratore Tandem da 3 MV al terminale. Il sistema ha raggiunto un livello di precisione tra i più elevati al mondo, dove si contano appena una quarantina di tali strutture. La realizzazione di un laboratorio di trattamento dei campioni in condizioni di bassissima contaminazione, ha consentito di avviare anche numerosi programmi di ricerca avanzata e di offrire un servizio di routine di grande qualità per le datazioni al 14C di reperti archeologici. E’ stato così possibile datare il papiro di Epicuro, ricostruire l’evoluzione del paleoambiente in Campania dopo l’eruzione del Somma-Vesuvio (detta delle pomici di Avellino) e valutare il tempo necessario perché l’ambiente sconvolto dall’eruzione potesse ospitare reinsediamenti umani.
La possibilità di effettuare analisi qualitative e quantitative ad alta sensibilità di radionuclidi sia artificiali che naturali offre, inoltre, la possibilità di creare una rete regionale per il monitoraggio delle emissioni di Radon dai suoli, in relazione all'attività sismica e vulcanica delle aree a rischio e caratterizzare suoli e materiali usati nell'edilizia rispetto al loro contenuto di radioisotopi e alla capacità di generare Radon.
Infine, presso il laboratorio di Spettroscopia laser del CIRCE, è in corso un’intensa attività di sviluppo di nuovi metodi di analisi isotopica in gas di interesse atmosferico, con l’obiettivo di superare alcune importanti limitazioni della spettrometria di massa convenzionale come, ad esempio, la non applicabilità a gas che condensano (come il vapore acqueo) oppure l’impossibilità di distinguere specie molecolari con la medesima massa.

Per prenotare una visita guidata al laboratorio, inviare una email di richiesta a info@innova.campania.it

DATAZIONE MALTE

Si segnalano le applicazioni innovative della tecnica del radiocarbonio su malte tramite spettrometria di massa ultrasensibile con acceleratore elettrostatico tandem AMS sviluppate presso il laboratorio CIRCE.. continua

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