MÉTODOS DE DATAÇÃO
MÉTODOS DE DATAÇÃO
Os métodos de datação agrupam-se em 4 categorias:
1 - métodos radio-isotópicos – taxa de desintegração atômica de
uma amostra
2 - métodos paleomagnéticos – padrão de inversão dos pólos
magnéticos
3 - métodos químicos orgânicos e inorgânicos – alterações
químicas de uma amostra com o tempo
4 – métodos biológicos – taxas de crescimento de organismos
para datação do substrato sobre o qual este reside
MÉTODOS DE DATAÇÃO
RADIOISOTÓPICOS
QUÍMICOS
Medição do decaimento
radioativo ou dos
produtos do decaimento
(14C, K/Ar)
Orgânicos
(racemização de
aminoácidos)
BIOLÓGICOS
Anéis de crescimento
Taxas de crescimento
Inorgânicos
Medição do equilíbrio
(series do urânio)
Efeitos integrados
(termo-luminescência
e traços de fissão)
taxas de intemperismo
tefrocronologia
MÉTODOS RADIOMÉTRICOS
Em qualquer elemento químico, o número de nêutrons pode variar, resultando em
diferentes isótopos do mesmo elemento.
--
Hidrogênio
Massa = 1
Deutério
Massa = 2
Tritio
Massa = 3
Os isótopos podem ser estáveis (mesmo numero de protons e neutrons) ou
instáveis (maior numero de neutrons) - estes últimos sofrem decaimento radioativo e
transmutam-se em novo elemento – são denominados isótopos radioativos ou
radionuclídeos
MÉTODOS RADIOMÉTRICOS
O taxa de decaimento radioativo é presumidamente invariável, de forma
que um isótopo radioativo decairá para seu produto parente em um
conhecido intervalo de tempo.
O método baseia-se na meia-vida dos radio isótopos, ou seja, o
intervalo de tempo associado à perda de metade da quantidade do
material radioativo original - A RADIOATIVIDADE TORNA-SE DIFÍCIL
DE SER MEDIDA APÓS 30 meia-vidas
TIPOS DE RADIONUCLÍDEOS
RADIONUCLÍDEOS PRIMORDIAIS
Radioisótopo Produto Meia-vida
Ocorrência
234
8
Urânio 235
U
7.04 x 10 anos 0.72% de todo urânio natural
99.27% de todo urânio natural; existe em concentrações de 0.5 a
4.47 x 109 anos
Urânio 238 231Pa
4.7 ppm nas rochas
232
10
Urânio 232
Th 1.41 x 10 anos existe em concentrações médias de 10 ppm nas rochas
Urânio 226
Urânio 222
Urânio 40
226Ra
222Rn
40K
1.60 x 103 anos em rochas ígneas
3.82 dias gás nobre
1.28 x 109 anos no solo
TIPOS DE RADIONUCLÍDEOS
RADIONUCLÍDEOS COSMOGÊNICOS
Radioisótopo Produto Meia-vida
Formação
Carbono 14
14C
5730 anos Produzidos pela interação de raios cósmicos
Tritio 3
3H
12.3 anos Produzidos pela interação de raios cósmicos
Berilo 7
7Be
53.28 anos Produzidos pela interação de raios cósmicos
TIPOS DE RADIONUCLÍDEOS
RADIONUCLÍDEOS ANTROPOGÊNICOS
Radioisótopo
Trítio
Produto
3H
Meia-vida
12.3 anos
Iodo 131
131I
Iodo 129
129I
Césio 137
137Cs
30.17 anos
Estrôncio 90
90Sr
28.78 anos
Plutônio 239
239Pu
Formação
8.04 dias
1.57 x 107 anos Produzido com testes de armas e reatores de fissão
2.41 x 104 anos Produzido pelo bombardeamento do 238U com nêutrons
MÉTODO DO RADIOCARBONO
Desenvolvido em 1947 por Willard Libby (EUA)
O carbono tem três isótopos naturais -
12C, 13C
14C
- estáveis
- instável
A proporção destes isótopos na atmosfera e seres vivos é de:
12C
- 98.89%
13C - 1.11%
14C - 0.00000000010%.
Para cada átomo de 14C em um ser vivo, existe 1,000,000,000,000 de
átomos de 12C.
MÉTODO DO RADIOCARBONO
O
14C
é produzido constantemente na atmosfera
através do bombardeio de
(nêutrons).
14CO
2
14C
14N
por raios cósmicos
é rapidamente oxidado formando
- que se mistura com o CO2 inativo. Como o
CO2 é consumido pelas plantas, toda as plantas são
radioativas. Como os animais dependem das plantas
para sobrevivência, todos os seres vivos são
radioativos.
Após a absorção, o 14C decai e reverte-se em 14N.
No entanto, 14C é prontamente consumido e restabelecido nos seres vivos, de
forma que se encontra em equilíbrio com aquele da atmosfera. Após a morte do
organismo, o decaimento é constante, e o relógio radioativo passa a funcionar.
MEIA VIDA 14C = 5730 anos
PREMISSAS BÁSICAS DO MÉTODO
(1) A produção de radiocarbono por raios cósmicos tem permanecido
essencialmente a mesma para estabelecer um equilíbrio de 14C/12C na
atmosfera
(2) É rápida a mistura do 14C em todo o sistema (aquático e terrestre)
(3) A razão isotópica na amostra só é alterada pelo decaimento radioativo
A atividade do 14C na atmosfera
aumentou em aproximadamente
100% durante os testes nucleares
do pós-guerra (grande fluxo de
neutrôns). Desta forma, a
radioatividade padrão para o 14C é
aquela de 1950 - idade 0 (zero) de
referência para as datações.
Nydal and Loveseth 1993
Efeito industrial – 1890 em diante –
redução de 2% da atividade do 14C
devido à queima de comb. fósseis
MATERIAIS DATÁVEIS PELO MÉTODO DO
RADIOCARBONO
¾ carvão, madeira, turfa, solo
¾ sementes, pollen
¾ ossos, conchas calcáreas, casca de ovo
¾ couro, pelos-cabelos, papel
¾ gelo e água
¾ tecidos, cerâmica, pinturas rupestres
¾ espeleotemas
¾ resinas e colas.
Waikado Radiocarbon Dating Lab.
LIMITAÇÕES DO MÉTODO
1- QUANTIDADE DE AMOSTRA
A atividade radioativa natural do 14C é de 13.5 desintegrações por minuto
por grama de carbono. Após 57.300 anos – 10 meias vidas – o número de
desintegrações em 1 grama de carbono se reduzem a 2,2 POR DIA!
Dificuldade de se isolar a radioatividade da amostra daquela externa
(próprio aparelho, material de laboratório, etc).
A datação de amostras muito velhas (> 35.000 anos) requer pelo menos
100 g de carbono.
Limite de datação – cerca de 70.000 anos
LIMITAÇÕES DO MÉTODO
2- INCERTEZA QUANTO À FREQUÊNCIA DA DESINTEGRAÇÃO
RADIOATIVA
Impossível prever quando um átomo irá sofrer decaimento – determina-se o
tempo médio de decaimento durante determinado período. Assim, idades
absolutas não podem ser fornecidas, pois existe uma MARGEM DE ERRO.
5.000 ±100 anos - 68% de chance da idade se situar entre 4.900 e 5.100 anos
- 95% de chance da idade se situar entre 4.800 e 5.200 anos
- 99% de chance da idade se situar entre 4.700 e 5.300 anos
Quanto maior a massa da amostra, menor o erro.
EFEITO RESERVATÓRIO DOS OCEANOS
Massas d’água profundas apresentam menos 14C do que as massas d’água
superficiais - PORQUE??...
Estas massas d’água trazidas à superfície em regiões de ressurgência, diluem
a radioatividade do 14C nas águas superficiais. Amostras de carapaças e
esqueletos calcáreos se tornam então aparentemente mais velhos do que
organismos contemporâneos em terra.
O envelhecimento das amostras oscila entre 300 (regiões tropicais) a 750 anos
(altas latitudes). No litoral sul do Brasil o efeito reservatório é de 420 anos.
Idade da água marinha a 3000 m
de profundidade. Áreas achuriadas
marcam zonas de formação de
massas d’água profundas
Broecker 1985
EFEITO RESERVATÓRIO DOS OCEANOS
Efeito semelhante é observado em lagos vizinhos a formações calcáreas, onde o
carbonato de cálcio (CaCO2) pobre em 14C é dissolvido e incorporado nas águas
lacustres.
Outro exemplo de contaminação ocorre ao redor de emanações vulcânicas
podem mostrar deficiência radioativa de até 3500 anos.
MÉTODO POTÁSSIO-ARGÔNIO
O potássio ocorre na forma de três isótopos -
39K, 41K
40K
- estáveis
- instável
Isótopos de 40K corresponde a 0,012% de todos os átomos de potássio
Produtos do decaimento – 40Ar - maior ocorrência nas rochas
40Ca
Método utilizado na datação das rochas basálticas oceânicas - rochas recém
formadas não apresentam qualquer teor de argônio, que começa a se formar
com o decaimento do potássio.
O gás se aloja na estrutura cristalina dos cristais, sendo expulso por
aquecimento em laboratório. A datação neste caso se baseia não no decaimento
radioativo do 40K mas no aumento da quantidade do produto parente 40Ar.
O 40K possui meia-vida de 1,4 bilhão de anos, o que torna o método capaz de
medir idades de dezenas de milhões até bilhões de anos.
MÉTODO URÂNIO-TÓRIO-CHUMBO
Se baseia no decaimento do 238U e 235U, cujo produto final é o chumbo
Meia Vida
Meia Vida
235U
4,51 B anos
238U
713 M anos
234U
250 M anos
231Pa
32.000 anos
230Th
75.200 anos
237Th
18,6 dias
226Ra
1620 anos
223Ra
11,1 dias
222Rd
3,83 dias
207Pb
estável
210Pb
22 anos
210Po
138 dias
206Pb
estável
A soma dos isótopos de urânio e seu produto
parente se mantém constantes durante todo o
período de decaimento.
MÉTODO URÂNIO-TÓRIO-CHUMBO
O método é utilizado na datação de amostras com idades superiores a 30 M
de anos – até 3.8 B de anos.
Produtos intermediários do decaimento são também utilizados em datações:
ƒ
230Th
e 234U - datação de amostras entre 10.000 e 350.000 anos
ƒ
231Pa
e 238U - datação de amostras entre 5.000 e 150.000 anos
ƒ 234U e 235U - em depósitos carbonáticos (conchas e corais) emersos
datação de amostras entre 40.000 e 1.000.000 anos
ƒ 210Pb e 206Pb - medição de taxas de deposição em sedimentos recentes
(102 anos)
MÉTODO DE TRAÇOS DE FISSÃO
Esta técnica de datação mede a distribuição espacial de traços (em escala
microscópica) que a desintegração de átomos de 238U sobre a superfície de
minerais como apatita, e zircão, causados pela fissão do átomo.
Literalmente, imprime um sulco na superfície do mineral.
Determinando-se o número de traços presentes sobre uma superfície
mineral polida, bem como a quantidade de urânio ainda existente (através
da indução de traços de fissão), é possível calcular a idade da amostra.
É necessário que o mineral, após depositado ou formado, não tenha sido
submetido a temperaturas superiores a 120°C.
Data amostras entre 20 M e 1 B de anos
Traços de fissão
espontâneos e induzidos
TERMOLUMINESCÊNCIA - TL
Cristais de quartzo, feldspato e calcita, após soterrados, ficam sujeitos a um fluxo
de radiação natural provocada pelo decaimento de átomos de potássio, urânio,
rubídio e tório existentes no depósito sedimentar.
Uma das conseqüências deste fluxo é ejetar elétrons da sua órbita estável
(ionização), que eventualmente ficam presos em imperfeições da estrutura
cristalina. Raios cósmicos também contribuem com o processo.
Quanto maior o tempo de soterramento maior a radiação absorvida.
Amostras de sedimento (principalmente com tamanho ente 4 e 11μm) quando
aquecidas (500 °C) emitem fótons associados ao retorno do elétron à sua órbita
original. Quanto mais intensa a luz emitida, mais velha será a amostra.
Capacidade de datação de amostras entre 1.000 e 500.000 anos.
MÉTODO QUÍMICO – AMINOÁCIDO
Os aminoácidos são moléculas complexas que compõe
as proteínas. Em geral, para cada aminoácido, existem
duas versões quase idênticas, ou "isômeros ópticos“,
por se constituírem de imagens invertidas - dextrógira
e levógira.
Em organismos vivos, apenas a forma levógira aparece. Entretanto, depois que o
organismo morre, reações químicas vão transformando parte dos aminoácidos
levógiros em dextrógiros, até chegar a um equilíbrio - racemização.
A quantidade de aminoácidos dextrógiros em uma amostra permite inferir sua
idade
Datações no intervalo de 103 a 105 anos - amostras de osso, plantas, conchas
(vazas), turfa, etc.
PROBLEMA – muitas incertezas devido à dependência da temperatura e pH.
CONVENIÊNCIA - requer amostras pequenas – 10 mg de moluscos ou foraminíferos,
<10 mg de ossos
TEFROCRONOLOGIA
Tefra – material piroclástico ejetado durante erupções vulcânicas, formando
amplas camadas que são utilizadas como guias em estudos estratigráficos –
camadas crono-estratigráficas.
A tefra propriamente dita é datada pelo método 40K/40Ar.
Para a individualização das camadas é necessário detalhado trabalho de campo e
laboratório para identificação de características como granulometria, cor, grau de
intemperismo, espessura da camada e estudos químicos e petrográficos.
Duas camadas de tefra em
sedimentos lacustrinos na Antartica
(Svant Bjork)
Tefra coletada 60 km a sotavento do
Monte Santa Helena (USGS).
TEFROCRONOLOGIA
ERUPÇÃO DO MONTE PINATUBO 1991 – DISTRIBUIÇÃO DA TEFRA 3
MESES APÓS A ERUPÇÃO
Lynn et. Al - http://pubs.usgs.gov/pinatubo/paladio/index.html
Lynn et. Al - http://pubs.usgs.gov/pinatubo/paladio/index.html
DENDOCRONOLOGIA
• Datação de eventos climáticos passados através do estudo dos anéis de
crescimento das árvores
• Parte da premissa que processos ambientais atuais estiveram atuantes no
passado.
• Sobreposição dos anéis de uma árvore morta com outra viva permite estimar a
data de sua morte e expandir o intervalo de investigação (até 11000 anos)
• A seleção do local de amostragem deve ser feita de modo a permitir investigar a
variável ambiental de interesse.
• Largura dos anéis é uma resposta a variáveis ambientais e à própria fisiologia da
árvore
Árvore (ou ser vivo) mais velha atualmente tem
4700 anos
amostrador
Sondagens em recifes de coral