Il CICAP (Comitato Italiano per il Controllo delle Affermazioni sulle Pseudoscienze) è un'organizzazione scientifica e pedagogica che promuove un'indagine scientifica e critica nei confronti delle pseudoscienze.


Articoli :: Creazionismo :: La Voce Scettica 16

Quando è nata la Terra?

Le tecniche di datazione per svelare l'età della crosta terrestre

In campo Creazionistico, si sono fatte strada diverse teorie che prevedono un'età per l'Uomo e per le altre creature animali, molto meno avanzata di quanto sostenuto dai paleontologi. Alcune teorie più estremiste si spingono fino a contestare l'età della Terra e, più in generale, dell'intero sistema solare: dai 4,5 miliardi di anni, si passerebbe addirittura a poche migliaia di anni. Ridurre così drasticamente l'età del nostro pianeta renderebbe certamente inapplicabili le teorie evoluzionistiche che, notoriamente, richiedono tempi lunghi per l'evoluzione delle specie. Le motivazioni addotte per un simile ringiovanimento del pianeta sarebbero legate a errori (colossali, è il caso di dire) nelle tecniche di datazione utilizzate per stimare l'età della Terra, ma le spiegazioni fornite circa le origini di tali presunti errori sono spesso confuse e difficilmente comprensibili ai più. Tenterò quindi di spiegare su cosa si basano le tecniche di datazione e come vengono applicate, in modo da fornire al lettore sufficienti elementi per affrontare criticamente un dibattito intorno a questo tema.

Premesse fisiche

È il caso di ricordare che, secondo quanto accettato e accertato dall'intera comunità scientifica, la materia è costituita da atomi, la cui struttura prevede un nucleo composto da un certo numero di protoni e neutroni (nell'insieme definiti nucleoni) e da elettroni nello spazio circostante il nucleo. Il numero dei protoni definisce l'identità chimica dell'atomo (ad esempio, l'idrogeno ha un solo protone, mentre l'uranio ne ha 92) mentre quello dei neutroni, che per molti nuclei stabili e leggeri è pari al numero dei protoni, è variabile entro certi limiti. Nuclei dello stesso elemento (stesso numero di protoni) ma con diverso numero di neutroni si dicono isotopi. Ad esempio, l'isotopo più stabile e più abbondante del carbonio (6 protoni) ha 6 neutroni, per un totale di 12 nucleoni; viene indicato con il simbolo 12C, dove C indica la specie chimica (carbonio) e quindi, implicitamente, il numero di protoni, mentre 12 indica il numero totale di nucleoni. Il carbonio­14 (simbolo 14C) ha 6 protoni (è pur sempre carbonio) e 8 neutroni. Molti nuclei non sono stabili ( 14C non lo è) e tendono a decadere in altri isotopi dello stesso elemento o in quelli di elementi diversi, secondo modalità e tempi variabili da caso a caso. Gli isotopi instabili vengono normalmente chiamati radioattivi. Il citato carbonio­14, per esempio, decade nell'isotopo 14 dell'azoto (14N, stabile); il processo prende il nome di decadimento beta, secondo il quale un neutrone del nucleo di carbonio si trasforma in un protone con emissione di un elettrone (e di un antineutrino); il nucleo che in origine aveva 6 protoni, si ritrova con 7 protoni passando così dal carbonio all'azoto. Il decadimento di un nucleo instabile è un fenomeno di natura probabilistica (per spiegarlo occorrerebbe addentrarsi in dettagli circa il cosiddetto effetto tunnel che è di natura quantistica) nel senso che è impossibile predire quando un dato nucleo decadrà; la probabilità di decadimento è tuttavia misurabile con grande precisione e, avendo a disposizione molti nuclei instabili, è possibile predire quanti di questi decadranno in un dato intervallo di tempo. Per avere un'idea di cosa voglia dire quel molti nuclei scritto sopra, basti pensare che in un solo grammo di zucchero sono presenti più di un miliardo e mezzo di nuclei di 14C! La probabilità di decadimento è efficacemente espressa dal cosiddetto tempo (o periodo) di dimezzamento: il tempo necessario affinché una data quantità di nuclei instabili si dimezzi decadendo in altri nuclei; per il carbonio­14 tale tempo è di circa 5700 anni, il che significa che, se oggi il nostro grammo di zucchero contiene un miliardo e mezzo di nuclei 14C, fra 5.700 anni ne avrà la metà, cioè circa 750 milioni.

La datazione delle rocce

In campo geologico si utilizzano diversi isotopi radioattivi a seconda del tipo di roccia che si vuole datare. Il caso più semplice da descrivere è quello uranio/piombo: seguendo una lunga catena di decadimenti, l'uranio­238 (238U) decade nel piombo­206 (206Pb) con un tempo di dimezzamento di circa 4.5 miliardi di anni; l'isotopo 235U decade invece in 207Pb, con un tempo di dimezzamento di circa 700 milioni di anni. Venendo alla datazione, a prescindere da complicazioni varie, l'idea essenziale è quella di misurare il rapporto tra le concentrazioni del piombo e dell'uranio in un campione di roccia, risalendo così all'età della stessa. Il problema che sollevano i creazionisti è che, se non si sa quanto uranio e quanto piombo fossero presenti nel momento in cui la roccia si è formata (per esempio, cristallizzata da un magma con una data composizione chimica) e non si sa se nel corso della storia evolutiva di questa si siano verificati eventi in grado di modificarne la composizione, del rapporto Pb/U non ce ne facciamo molto e, se lo usiamo per datare, possiamo commettere grossi errori. L'altra questione, che i creazionisti evidentemente ignorano, è che pure i geologi e i fisici si sono resi conto del suddetto problema e lo hanno risolto ormai da tempo! Va detto, innanzi tutto, che normalmente non si misurano le quantità medie di U e Pb in un campione di roccia tout court, ma quelle all'interno di certi cristalli ben formati, e che non presentano evidenti fratturazioni, del minerale zircone (ZrSiO4; un minerale accessorio presente in molte rocce magmatiche). Per ragioni cristallochimiche, nella struttura dello zircone alcuni atomi di zirconio (Zr) possono essere sostituiti più o meno facilmente da atomi di uranio; con più o meno facilmente si intende dire che dal punto di vista energetico, la sostituzione di Zr con U non è troppo svantaggiosa, ecioè la struttura è in grado di modificarsi leggermente per alloggiare al meglio gli atomi di uranio (il fenomeno prende il nome di sostituzione isomorfa o vicarianza ed interessa la maggior parte dei minerali). Lo stesso non può dirsi per il piombo: all'atto di formazione del minerale, anche se del piombo fosse presente nel mezzo magmatico (e probabilmente lo è) non entrerebbe a far parte dello zircone, preferendo entrare nelle strutture caratteristiche di altri minerali. Se dunque troviamo del piombo all'interno di un cristallo di zircone, possiamo essere ragionevolmente certi che questo si sia prodotto a seguito del decadimento dell'uranio entro il cristallo. I cristalli di zircone sono poi particolarmente resistenti e rimangono inalterati anche a seguito di eventi che innalzano la temperatura e pressione della roccia ospitante, e che ricristallizzano alcune fasi minerali o ne creano di nuove (metamorfismo). Tuttavia, eventuali fratture nei cristalli possono portare al rilascio di materiale, alterando così il rapporto Pb/U con conseguenti errori di datazione. I geologi hanno comunque un metodo che consente facilmente di rilevare tali errori: misurano il rapporto Pb/U per le due coppie 206Pb/238U e 207Pb/ 235U. Nota infatti l'abbondanza relativa dei due isotopi 238U e 235U (99.27% e 0.72% rispettivamente) e i rispettivi tempi di dimezzamento, si ricava facilmente una relazione tra i rapporti 206Pb/238U e 207Pb/235U entro un campione di zircone che, all'atto della sua formazione, non contenesse piombo e, nel corso della sua storia, non avesse subito alcuna alterazione con rilascio di materiale. A seguito del decadimento radioattivo, i rapporti suddetti variano nel tempo, descrivendo nel loro insieme la curva rappresentata in figura (curva concordia).

Curva concordia
In ascissa e ordinata i valori dei rapporti tra le concentrazioni (in atomi) delle due coppie di isotopi. I valori indi­ cati sulla curva concordia (2.0, 3.0 e 4.0) si riferiscono al tempo trascorso dalla cristallizzazione dello zircone (in miliardi di anni), al quale suddetti rapporti assumono i valori rappresen­ tati dai corrispondenti punti sulla curva. I punti giacenti fuori dalla curva, con i relativi valori percentuali, rappresentano coppie di rapporti misurati su zirconi, aventi 3 miliardi di anni, per i quali si sono avute perdite di piombo dal 10% al 50% in peso.

Così, a partire da valori nulli per entrambi i rapporti in uno zircone appena formato (in tal caso la concentrazione del piombo è infatti nulla), dopo 2 miliardi di anni si passa a valori di 6.25 e 0.36 per 207Pb/235U e 206Pb/238U, rispettivamente.
Qualsiasi evento, diverso dal decadimento radioattivo, che produca alterazioni del contenuto in Pb e U (compresa l'accidentale, nonché improbabile, inclusione di Pb all'atto di cristallizzazione dello zircone) conduce necessariamente a rapporti Pb/U, per le due coppie di isotopi, i cui punti rappresentativi non cadono sulla curva concordia: in figura sono rappresentati i casi in cui un certo quantitativo di Pb è stato rilasciato dal cristallo (in misura variabile dal 10% al 50%) ad un certo istante della sua storia. In casi simili, le età stimate a partire dai due diversi isotopi dell'uranio sono discordanti: ad esempio, per uno zircone di tre miliardi di anni che ha subito una perdita del 30% in peso di Pb, si ottengono età di 2 miliardi e 250 milioni di anni, datando con 238U, e 2 miliardi e 650 milioni di anni, datando con 235U (un divario di 400 milioni di anni). Le due età stimate coincidono solo e soltanto nel caso in cui tutti i presupposti per una corretta datazione siano verificati. Si presenta quindi la possibilità di verificare con sicurezza la correttezza della datazione. È da notare che, in caso di perdita di Pb, le età misurate possono essere molto sottostimate (soprattutto datando con 238U, l'isotopo di gran lunga più abbondante) e non sovrastimate, come piacerebbe ai creazionisti: datare senza tenere conto di possibili errori, conduce ad età più giovani per le rocce, e non più vecchie! Ovviamente, l'opposto si verificherebbe se si avessero perdite importanti di uranio anziché di piombo (anche qui, comunque, facilmente verificabili con la curva concordia) solo che, essendo l'uranio integrato all'interno della struttura, non viene rilasciato così facilmente come invece accade per il piombo che, come accennato sopra, non si trova a proprio agio entro i cristalli di zircone. In conclusione, le età di circa 4 miliardi di anni stimate per alcuni gruppi di rocce, in parecchie zone disseminate sulla crosta terrestre (per esempio: Groenlandia, Labrador, Australia e Antartide) sono corrette, al di là di ogni ragionevole dubbio.

Mauro Prencipe
Ricercatore
presso il Dipartimento di Scienze Mineralogiche e Petrologiche
dell'Università di Torino



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