Copertina – La struttura astratta a doppia elica che richiama la molecola del DNA (dascitechdaily.com)
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L’analisi isotopica, ovvero la ricerca del DNA del marmo…
DNA è l’acronimo che identifica l’acido desossiribonucleico (DeoxyriboNucleic Acid). In pratica, è la molecola che contiene tutte le istruzioni necessarie a una cellula per sopravvivere e svolgere le proprie funzioni. Ma soprattutto è la base dell’ereditarietà, cioè della trasmissione di tutte le informazioni e delle caratteristiche che rendono un individuo simile ai propri genitori.
L’analisi del DNA, pertanto, viene molto utilizzata in antropologia forense (Figura 1) per identificare resti umani ma, soprattutto, le loro origini ed attinenze familiari.
Una funzione identificativa analoga viene svolta, per la genesi dei marmi, dalle informazioni fornite dalle analisi isotopiche.
Dalla fine degli anni Novanta del secolo scorso fu utilizzata (l’Instrumental Neutron Activation Analysis (INAA) che prevedeva l’irradiazione del campione in modo da generare isotopi radioattivi. Questi, decadendo, emettevano raggi gamma caratteristici che, misuratone lo spettro, identificavano e quantificavano gli elementi. Numerose analisi eseguite con questo metodo hanno permesso la costruzione di diagrammi con cluster caratteristici di molti marmi greci e dell’Asia Minore (ARIAS, MELLO e ODDONE, 1991; Figura 26). A differenza del INAA , che rende il campione radioattivo artificialmente, è preferita oggi la spettrometria di massa isotopica (IRMS) che misura i rapporti isotopici naturali (stabili) δ¹³C e δ¹⁸O.
Il presupposto è che ogni materiale, e nello specifico caso, ogni roccia possiede una sua firma isotopica caratteristica. Ciò permette di identificarne l’origine, intesa come area o Unità geologica di provenienza, sia di un campione che di un manufatto.
Più complessa è l’identificazione del singolo giacimento e, più ancora, della cava da cui è stato estratto il materiale.
Questa firma caratteristica dipende direttamente dai processi geologici (diagenesi, metamorfismo) che hanno originato la roccia e che sono legati al modo in cui gli isotopi si sono distribuiti durante i processi naturali.
Il marmo (Figura 2) è una roccia che ha subito un leggero metamorfismo. La sua composizione chimica è sostanzialmente carbonato di calcio (CaCO₃).
Quindi, per il marmo, hanno agito sulla distribuzione degli isotopi l’origine del carbonato di calcio (se di precipitazione chimica o sedimentazione di fango), la composizione dell’acqua in fase di diagenesi e quindi la pressione, la temperatura, il gradiente termico ed il frazionamento (acque, componente minerale) durante il metamorfismo.
Di conseguenza gli isotopi più importanti sono: il Carbonio (¹²C / ¹³C; Figura 3) e l’Ossigeno (¹⁶O / ¹⁸O; Figura 4), i cui rapporti sono espressi come delta carbonio (δ¹³C) e delta ossigeno (δ¹⁸O).
Le analisi isotopiche, in particolare per il marmo, sono uno strumento molto usato in archeologia, geologia e storia dell’arte (statuaria) per comprendere la possibile provenienza regionale, l’età ed i processi di formazione di un campione. In pratica, studia la firma chimica lasciata dagli isotopi presenti nel marmo.
Così il Marmo di Carrara possiede valori isotopici distintivi, e quindi una sua firma isotopica diversa, ad esempio, da quella del Marmo Pario).
Limite dell’analisi isotopica è che, per problemi di ambiguità, giacimenti differenti (e soprattutto cave differenti del medesimo distretto geologico) possono presentare valori simili. Analogamente influiscono le alterazioni che i giacimenti possono avere subìto nel tempo (acque, temperature).
Il Marmo Apuano
Una premessa importante.
Le analisi isotopiche applicate al marmo (in senso lato) funzionano bene su grandi Unità geologiche. Al contrario, l’identificazione di un distretto minerario, di un giacimento o di una cava è molto difficile.
Il motivo è semplice ed intuitivo. I marmi, e così anche il Lunense, derivano da calcari puri trasformati da eventi metamorfici caratteristici per ciascuna regione marmifera. Quindi si riscontrano forti analogie all’interno del medesimo distretto estrattivo e differenze fra Unità geologiche diverse.
In letteratura sono relazionate alcune analisi isotopiche eseguite sui marmi apuani di Carrara e dintorni, quindi non solo sullo Statuario o il bianco (Lunense)
I rapporti isotopici delta carbonio (δ¹³C) e delta ossigeno (δ¹⁸O), meglio se integrati con gli elementi in traccia o analisi petrografiche, sono affidabili per distinguere i Marmi Apuani da quelli greci (es.: Paros dall’omonima isola o il Pentelico dal Monte Pentelikon vicino ad Atene) e di altri distretti mediterranei come Marmara in Turchia o quelli tunisini (HERZ e DEAN, 1986). Questo è uno dei risultati più consolidati dell’archeometria del marmo.
Nel distretto estrattivo apuano esistono oltre un centinaio di cave, fra attive e storiche, che coltivano marmi di facies e qualità merceologiche differenti (Figura 5). Qui, tutti i marmi estratti hanno avuto origine in posizioni diverse della medesima piattaforma carbonatica hettangiana, e sono stati modificati dal suo ripiegamento e dai processi di traslazione all’interno dello stesso sistema geologico.
Ne consegue che i rapporti isotopici caratteristici sono molto simili fra i diversi tipi e cantieri e che si sovrappongono all’interno del cluster di punti.
Tuttavia, in alcuni casi recenti, è stato possibile caratterizzare le provenienze da aree più ristrette quali settori o bacini, in funzione delle facies. In ogni caso, i risultati sono stati ottenuti combinando gli isotopi con gli elementi in tracce, con analisi microstrutturali, con spettrometria EPR (Electron Paramagnetic Resonance) e, soprattutto, con database statistici. E non c’è dubbio che più saranno implementati tali database, più affidabili saranno i confronti. A conferma di questo è il recente, ampio database costruito per il greco Pentelico, grazie al quale PIKE (2025) ha potuto intuire che …il marmo per il frontone occidentale del Partenone (Figura 6 e Figura 7) proveniva dalle cave settentrionali a monte di Aspra Marmara, mentre gli elementi strutturali del Partenone furono estratti dalla cava inferiore di Spilia Divail, così come da altre cave sparse nell’antica zona estrattiva… (PIKE, 2025).
Per …i marmi dei distretti di Carrara (cave romane di Fossacava, Fantiscritti e Polvaccio Figura 8, nonché la cava rinascimentale di Michelangelo, Figura 9) e quelle di Massa e Seravezza (sfruttata dal XVI secolo; Figura 8), il database esistente (ATTANASIO, BRILLI e OLGE, 2006; ATTANASIO, 2003; ATTANASIO, BRUNO, PROCHASKA e YAVUZ, 2015) conta rispettivamente 111, 1 e 57 campioni analizzati. Per ogni riferimento, vengono registrati i dati isotopici e di risonanza paramagnetica elettronica (EPR), la cava da cui è stato prelevato il campione e una serie di parametri aggiuntivi e altre informazioni… (COLI, DI BENEDETTO e BUCCIANTI, 2025).
I limiti, ma anche il valore, del metodo isotopico sono stati confermati da un recente studio eseguito su numerosi campioni prelevati direttamente in cava. …I risultati indicano che la firma isotopica O/C e la spettroscopia EPR possono contribuire ad attribuire un campione di AAM (Marmo delle Alpi Apuane) analizzato a un distretto di estrazione del marmo e, in una certa misura, anche a un sito, mentre la discriminazione della singola cava sembra non essere ancora realizzabile… (COLI, DI BENEDETTO e BUCCIANTI, 2025).
L’interpretazione di un’analisi isotopica
L’interpretazione di un’analisi isotopia avviene, generalmente, mediante confronto con un diagramma a dispersione (scatter plot), che rappresenta in ascissa il delta δ¹³C (Carbonio) ed in ordinata il delta δ¹⁸O (Ossigeno).
In generale, i valori più bassi di δ¹³C indicano una possibile presenza organica o alterazione del campione. Ma poiché l’ossigeno è molto sensibile alla temperatura ed ai fluidi, i valori più bassi di δ¹⁸O indicano alta temperatura subita dal campione, ad esempio, per alterazione metamorfica. Sono tutti effetti legati al frazionamento isotopico.
I punti afferenti alle diverse analisi eseguite su un marmo della medesima Unità geologica (ad esempio Apuano, Pario, Pentelico, …) si raggruppano in Cluster caratteristici. Così, ad esempio, per l’Apuano δ¹³C da +1.5 a +2.5‰ e δ¹⁸O da −1 a −3‰, (con valori più frequenti δ¹³C circa +2.0‰ e δ¹⁸O circa -1,7‰; SHARMA et alii, 2023), per il Paros δ¹³C da 0 a +1‰ e δ¹⁸O da −3 a −5‰, nonché per il Pentelico δ¹³C da +2 a +3‰ e δ¹⁸O da −4 a −6‰ (Figura 11 e Figura 12), quest’ultimo studiato con oltre 600 campioni (PIKE, 2025).
Un esempio: se a seguito di un’analisi isotopica si ottengono valori di δ¹³C ≈ +2‰, e δ¹⁸O ≈ −2‰, con buona approssimazione il campione ricade nel Claster del marmo di Carrara. Quindi, poiché le determinazioni sono probabilistiche, sarà un marmo Apuano con buona probabilità. Questo, nel caso in esame, è tanto più valido e corretto poiché il campione si pone al centro del Cluster.
Altra informazione importante, al fine delle identificazioni, è il pattern del Cluster. Campioni di origine molto simile o comune rientrano in un pattern compatto. Viceversa posizionamenti in Cluster dispersi e con sovrapposizioni ad altri Cluster necessiteranno di indagini complementari. Infine, i trend lineari. Questi sono indice di metamorfismo e scambio con fluidi.
In conclusione, un’unica analisi dei rapporti isotopici di ossigeno e carbonio non assicura certezza poiché il metodo dell’analisi isotopica è probabilistico. In ogni caso, sarà opportuno abbinare le analisi isotopiche a specifiche indagini quali la petrografia, gli elementi in traccia (Sr, Mn e Fe), la spettroscopia ESR del manganese, la termoluminescenza e, soprattutto, definire il contesto storico-archeologico del campione.
Figura 10 – MICHELANGELO BONARROTI diceva che …andare nelle cave è quasi come “combattere coi Monti”…
Questa immagine lo “ritrae” nella cava di Fantiscritti mentre verifica e sceglie un blocco di marmo Statuario. Immagine creata con ChatGPT Image 29 apr 2026.
MICHELANGELO visitò più volte le cave apuane tra la fine del Quattrocento e il Cinquecento. Sceglieva personalmente i blocchi, assisteva e controllava i tagli (estrazioni) e le lizzature. Le cave del bacino di Carrara associate con maggiore probabilità alla sua presenza sono quelle di Miseglia, Torano e Colonnata. È questa l’area nella quale scelse il marmo per la Pietà e poi, quello per completare la tomba di Giulio II con le statue del Mosé e la coppia Rachel e Leah.
La tradizione focalizza questo suo interesse con le Cave di Fantiscritti dove si trova la cosiddetta “Cava Michelangelo”. Ovviamente è un nome di fantasia per puntualizzare la presenza di MICHELANGELO e la sua ricerca del marmo Statuario.
Fra il 1517 e il 1520 MICHELANGELO fu presente anche a Monte Altissimo dove, su incarico di Papa Leone X, aprì e organizzò l’estrazione nella zona di Seravezza, cercando di ridurre la dipendenza da Carrara. Questo fu uno dei suoi interventi più “ingegneristici”: progettò anche strade per il trasporto dei blocchi. Erano gli anni del progetto di rifacimento della facciata della Basilica di San Lorenzo a FIrenze. Ed utilizzò lo stesso marmo per la Sacrestia Nuova e la Biblioteca Laurenziana.
Un caso particolare è il David. Il blocco di statuario si trovava già a Firenze, anzi era già stato sbozzato da AGOSTINO di DUCCIO, quindi MICHELANGELO non si recò a Carrara per questa scelta… ma per altri lavori o commissioni.
Il dataset rappresentativo del Marmo Apuano
Al fine della corretta applicazione del metodo isotopico, COLI, DI BENEDETTO e BUCCIANTI (2025) hanno ritenuto necessari due aggiornamenti.
Innanzitutto tenere in considerazione il quadro storico delle cave …nell’attribuire un determinato manufatto a una cava che doveva essere attiva al momento della sua realizzazione…. Per tale motivo hanno aggiornato il dataset isotopico di ATTANASIO, BRILLI e OGLE (2006; 279p) inserendo parametri relativi allo sfruttamento attivo in epoca romana, rinascimentale o ambedue, come compare in (Figura 8).
Quindi hanno riferito il manufatto/campione alla cava operando …un’integrazione al più ampio database esistente (ATTANASIO et alii, 2006) di informazioni isotopiche e spettroscopiche EPR di diversi AAM (marmi apuani), discriminata per punto di campionamento (con particolare riferimento al distretto e alla cava) con le informazioni geologiche e storiche disponibili sugli stessi punti di campionamento… (COLI, DI BENEDETTO e BUCCIANTI, 2025).
Al di là delle implicazioni geologiche complessive sulla distribuzione dei rapporti isotopici, non è emersa corrispondenza tra quelli e la Scala Temporale Globale. Questo sembra inficiare la possibilità di affinare l’indagine fino all’individuazione della cava o del distretto/affioramento per distinguere la provenienza del marmo se da Boccanaglia, Torano, Miseglia o Colonnata.
Già studi classici avevano provato a distinguere le principali aree estrattive più antiche del bacino di Carrara (Torano, Miseglia e Fossacava romane e rinascimentali) e neppure i soli isotopi C-O vi sono riusciti (HERZ e DEAN, 1986). Sono stati distinti da quelli solo i distretti di Serravezza (rinascimentali) e quelli greci.
Un altro esempio: all’analisi isotopica δ¹³C ≈ +2,2‰, e δ¹⁸O ≈ −-1,6‰, sono stati abbinati gli elementi in traccia (Sr = 205 ppm e Mn = 33 ppm). In base alla sola caratterizzazione isotopica, il campione sarebbe rientrato in tutte le aree apuane (Figura 12, esempio 3). Ma ragionando anche sugli elementi in tracce Sr e Mn indicati, è stato possibile restringere il campo al Cluster di Colonnata con una buona approssimazione. Le determinazioni rimangono probabilistiche, ma il range degli elementi in tracce aggiunge una buona possibilità che il campione provenga dal Bacino di Colonnata.
Tuttavia, residuano ancora errori che possono essere ulteriormente ridotti quante più analisi vengono eseguite consentendo risultati su base probabilistica più affidabili (Cluster Analysis, PCA).
L’archeometria applicata all’arte: alcuni casi di studio
Come anticipato, non sempre l’analisi isotopica è sufficiente a stabilire, da sola, l’origine del marmo col quale è stato realizzato un manufatto antico, storico.
Un caso classico di attribuzione molto attendibile dell’origine del marmo, in questo caso quello dell’Isola di Paros, è quello dell’Afrodite di Milo di ALESSANDRO da Antiochia (Figura 13, Figura 14 e Figura 15). Nello specifico, gli isotopi C e O si dimostrarono molto stabili a conferma che potevano essere significativi per la distinzione di distretti marmiferi differenti/molto differenti.
Più nel dettaglio, l’analisi isotopica dell’Afrodite di Milo ha fornito un δ¹³C al limite del Cluster (+1 ± 0,3) ed un δ¹⁸O intermedio-abbastanza negativo (-3,8 ±0,5). Il range è quindi compatibile col marmo Paros (Figura 12). La conferma è sopraggiunta poi dalla petrografia che ha riscontrato la grana fine del Paros.
Nel caso dell’Augusto di Prima Porta (Figura 16) i valori isotopici erano risultati compatibili con i marmi di Carrara e quella fu la prima attribuzione più probabile. Tuttavia il range C – O appariva compatibile, seppure marginalmente, anche con quello del marmo Pentelico (Figura 12). Ancora una volta è stata discriminante la petrografia che ha riscontrato una grana eterogenea compatibile con quella del marmo di Carrara, rispetto al Pentelico che la possiede più uniforme ed a differente tessitura. Ad ulteriore conferma il basso contenuto di Mn in traccia tipico dell’Apuano (Figura 12).
La certezza dell’attribuzione, in questo specifico caso, era fondamentale poiché da essa dipendeva la conferma che in età augustea veniva utilizzato il marmo Apuano per le opere imperiali.
L’attestazione definitiva venne cercata nell’analisi petrografica.
Alla medesima conclusione, utilizzo del marmo Apuano, giunsero poi le analisi eseguite sull’Ara Pacis (Figura 17). Anche in questo caso i risultati isotopici furono confermati dagli studi noti sulle cave capuane.
Un altro caso interessante è quello del Discobolo di MIRONE (Figura 18), del quale sono note diverse copie romane. Sulla base dei valori isotopici C e O, confrontati con i database estesi all’ambito mediterraneo, fu stabilito che alcune copie erano state realizzate in marmo di Carrara ed altre sia in marmo Paros che marmo Pentelico. Fu un’informazione fondamentale a dimostrazione che i Romani utilizzavano più fonti di approvvigionamento.
Ancora un caso significativo è il David di Michelangelo (Figura 19 e Figura 20). Qui diverse analisi isotopiche hanno concordato sull’origine apuana del marmo, ma sono state fondamentali le informazioni storiche-archeologiche per identificarne la provenienza dall’area Fantiscritti-Miseglia (seppure la fonte storica affermi che il blocco non fosse stato scelto da MICHELANGELO, ma si trovasse già a FIrenze). Da qui un punto di partenza e riferimento anche per le successive indagini petrografiche. Il caso del David è l’esempio più palese dei limiti degli isotopi per le definizioni a scala raffinata.
Conclusioni
L’analisi isotopica del marmo è una sorta di DNA genetico-geologico. Non dice tutto da sola, ma è uno strumento potentissimo per collegare un oggetto alla sua origine e alla sua storia.
Ad esempio può indicare se un’opera è davvero antica, se il materiale con cui è stata realizzata è coerente col periodo storico in cui è collocata criticamente.
Pur tuttavia, …la possibilità di discriminare la cava di provenienza dei manufatti in marmo antico basandosi esclusivamente sull’isotopo O/C appare irrealistica. Gli autori (ANTONELLI e FAZZARINI, 2015) hanno fatto le stesse considerazioni: “l’identificazione positiva delle cave di manufatti in marmo antico può essere ottenuta solo mediante un approccio multimetodo”… (COLI, DE BENEDETTO e BUCCIANTI, 2025).
Così, per i medesimi autori, solo l’approccio fra la combinazione dei dati isotopici, la parametrizzazione petrografica della struttura, la parametrizzazione spettroscopica EPR (Electron Paramagnetic Resonance) modificata per evitare tendenze di autocorrelazione intrinseca, e la termoluminescenza …sembra(no) in grado di identificare, almeno parzialmente, alcuni sottoinsiemi all’interno del corpus geologico, geografico e storico (apuano) con i manufatti antichi... (COLI, DE BENEDETTO e BUCCIANTI, 2025).
Bisogna anche evidenziare che, in letteratura specifica, le analisi vengono genericamente riferite al marmo di Carrara o al Marmo Apuano senza ulteriori specificazioni, se non raramente, a sottobacini estrattivi e tipologie (seppure anche solo come varietà merceologiche). Oltre a questo, per l’Apuano, non possiamo ancora contare, su un database esteso e sistematico come quello per il marmo Pentelico (PIKE, 2025).
In conclusione, è emerso chiaramente dalla letteratura specifica come, sulla base dell’anamnesi delle differenti possibilità di indagine da abbinare all’analisi isotopica, non debba essere sottovalutato assolutamente il contributo che potrebbero fornire gli elementi in traccia. Questo perché gli elementi in traccia dipendono dalle impurità originarie, dai fluidi locali e dai microambienti geologici, risultando quindi più sensibili alle differenze locali rispetto agli isotopi (Figura 12).
Ad oggi, l’approccio più attendibile riunisce gli isotopi (δ¹³C, δ¹⁸O), gli elementi in traccia (Sr, Mn, Fe, Mg) e la petrografia. A questi potrebbero essere aggiunti anche gli isotopi dello stronzio (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr), come suggerimento, ma senza approfondimenti, in letteratura.
La diagnosi archeometrica non può limitarsi a leggere un grafico, ma deve essere integrata e corroborata dalla chimica, dalla geologia e dalla storia al fine di giungere alla soluzione più plausibile.
Maratona, Attica, Grecia
cava n. 46, 54033 Carrara provincia di Massa-Carrara, Italia
Via Fossacava, 54033 Carrara provincia di Massa-Carrara, Italia
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