Per datare i ritrovamenti fossili si possono percorrere due strade: si parla di datazione relativa e di datazione assoluta.

La datazione relativa consiste nell’assegnare una data allo strato di roccia o di terreno in cui è avvenuto il ritrovamento. I fossili si trovano di solito all’interno di rocce sedimentarie, cioè di rocce che si sono formate in seguito alla deposizione di materiale organico e inorganico sul terreno o sul fondo dei mari e dei laghi. I movimenti lenti ma continui cui è soggetta la crosta terrestre determinano la formazione di strati rocciosi, che si accumulano progressivamente l’uno sull’altro, come gli strati di una torta. Di solito gli strati sono tanto più antichi quanto più si scende in profondità, ma a volte sconvolgimenti geologici (dovuti per esempio all’attività sismica o a frane) determinano l’innalzamento degli strati inferiori, che possono giungere a ricoprire gli strati superiori, invertendo l’ordine cronologico della loro disposizione.

Conoscendo la storia geologica dell’area dove i ritrovamenti sono avvenuti diventa così possibile indicare approssimativamente la loro età.

strati geologici nel Grand Canyon, Arizona

La datazione assoluta cerca di misurare l’età effettiva di una roccia o di un fossile, procedendo con vari metodi. Il più vecchio e il più noto è la datazione con elementi radioattivi, come il carbonio-14 e l’uranio-235. Questi materiali subiscono un progressivo decadimento nel corso del tempo: uno dei neutroni contenuti nel nucleo dell’atomo si trasforma in un protone, liberando radiazioni e trasformando l’atomo stesso in un altro elemento. Nel caso del carbonio-14, che ha 6 protoni e 8 neutroni, questo elemento è l’azoto (7 protoni più 7 neutroni). La trasformazione avviene con estrema regolarità: nel caso del C14, il numero di atomi contenuto in un campione si dimezza nell’arco di 5730 anni. Poiché gli altri atomi del carbonio abitualmente presente nel materiale organico (C12 e C13) non sono radioattivi e non cambiano nel corso del tempo, dal loro rapporto con la quantità residua di C14 si può calcolare l’età del campione.

Il metodo che impiega il radiocarbonio 14 si può applicare, naturalmente, solo a materiale contenente carbonio, cioè a materiale organico, come i resti animali e vegetali. Oltretutto, il metodo è preciso ma vale solo per un periodo di tempo limitato. Una volta che siano trascorsi 40.000 anni la quantità residua di C14 è troppo piccola per permettere una datazione accurata (la quantità originaria di C14 si è dimezzata già quasi otto volte).

Il cranio di un uomo di Cro–Magnon,
dal nome della località dove sono stati trovati i primi reperti,
nel sud della Francia, raggiunta dall’uomo moderno verso i 30.000 anni fa.
L’uomo moderno inizia a diffondersi in Europa intorno a 40.000–35.000 anni fa:
è un arco di tempo su cui il radiocarbonio
permette di effettuare misure accurate, così che il popolamento d’Europa
nel paleolitico può essere ricostruito con precisione.

Poiché tutto il carbonio presente negli esseri viventi è stato sintetizzato dalle piante, che lo prendono dall’atmosfera, il metodo che impiega il C14 vale solo nell’ipotesi che la quantità di questo elemento presente nell’atmosfera sia sempre stata la stessa. Non è così, ma è possibile correggere i dati misurando le variazioni di C14 presente nell’atmosfera in tempi diversi. A tal fine si è rivelato decisivo lo studio degli alberi fossili. Poiché, come è noto, gli alberi si accrescono di un anello ogni anno, e le dimensioni dell’anello di accrescimento annuale variano in funzione del clima, confrontando fra loro alberi vissuti in tempi diversi nelle foreste pietrificate dell’Arizona è stato possibile ricostruire con precisione la storia del clima e la variazione di concentrazione di C14 nell’atmosfera per gli ultimi 7.000 anni. Il metodo è detto dendrocronologia.

albero pietrificato

Altri materiali radioattivi permettono di valutare l’età di campioni inorganici su periodi più lunghi. Il radiopotassio si trasforma in argon con estrema lentezza e consente di datare rocce di età fra i 100.000 e i 10.000.000 di anni o più antiche ancora, soprattutto se ricche in potassio. L’uranio si trasforma in una lunga serie di elementi, l’ultimo dei quali è il piombo, e permette di datare fino a 500.000 anni, ma con notevole approssimazione.

Altri metodi di datazione assoluta introdotti più di recente sono la termoluminescenza e l’electron spin resonance (Esr), un altro metodo simile. La termoluminescenza si basa sul conteggio di tracce, visibili al microscopio, lasciate dagli atomi di elementi radioattivi ogni volta che si trasmutano. Riscaldando il campione, queste tracce generano una luce visibile. È però necessario che al momento in cui l’oggetto è stato prodotto si sia verificato un riscaldamento abbastanza forte da azzerare le tracce lasciate da trasmutazioni più antiche degli atomi che formano il materiale. Il metodo risulta quindi particolarmente utile per la datazione di ceramiche cotte in forno.

tazza di ceramica