Algum dia você já se perguntou como é feito para descobrir a idade de artefatos antigos e a data de acontecimentos de um passado muito distante? Neste texto do blog você verá que a Química está por trás de tudo isso, se liga!
Sempre houve uma dificuldade em datar eventos do passado, e as técnicas de datação usadas variam consideravelmente em precisão e na natureza dos materiais, sendo que a determinação de datas pode ser relativa ou absoluta. No caso da datação relativa, os acontecimentos e objetos são simplesmente ordenados em uma sequência cronológica, onde a idade de cada elemento é relativa aos demais. Através da Química, mais precisamente das pesquisas publicadas em 1946 pelo químico Willard Libby, podemos realizar a datação absoluta. Essas pesquisas revolucionaram a arqueologia, pois permitiram a quantificação temporal dos artefatos, levando à construção de uma cronologia cultural, à escala global, dos últimos 40 mil anos. Sendo assim, Willard Libby foi reconhecido com o Prêmio Nobel de Química, em 1960. [1]
Essa nova metodologia proposta por Libby trata-se da datação por carbono-14. Para entendermos essa técnica, precisamos estar afiados em alguns conteúdos químicos, bora lá!
Duas partículas subatômicas são encontradas no núcleo de um átomo: os prótons (positivos) e os nêutrons (neutros). Todos os átomos de um determinado elemento possuem o mesmo número de prótons, determinado pelo seu número atômico. Porém, os átomos de um mesmo elemento podem se diferenciar no número de nêutrons, que, consequentemente, ocasionará na possibilidade de átomos com o mesmo número atômico, porém com diferentes massas atômicas, chamados de isótopos. Os vários isótopos de um elemento possuem abundâncias naturais diferentes. Alguns desses isótopos são radioativos, uma vez que, devido ao excesso de partículas ou de carga no núcleo, possuem a tendência de estabilizar-se emitindo o excesso de energia em formas de partículas e ondas. Em cada emissão de uma dessas partículas, há uma variação do número de prótons no núcleo. Esse decaimento radioativo dos radioisótopos ocorre em um tempo característico, expresso em tempo de meia-vida, que é o tempo necessário para que metade desses isótopos se degradarem. Cada isótopo tem sua própria meia-vida característica, alguns decaem muito rapidamente enquanto outros levam-se vários milênios. O urânio-235 tem um tempo de meia-vida de aproximadamente 713 milhões de anos, por exemplo. [2] [3]
Com isso em mente, podemos voltar à discussão sobre a datação por carbono-14. Do carbono presente na Terra, cerca de 98,9% é carbono-12 (massa atômica 12) e 1,1% carbono-13 (massa atômica 13). Porém, uma parcela infinitesimalmente pequena do carbono da Terra corresponde ao carbono-14, radioativo, o qual emite radiação β e possui um tempo de meia vida de 5.730 anos. Esse isótopo radioativo é formado nas camadas superiores da atmosfera onde os átomos de nitrogênio são bombardeados por nêutrons contidos nos raios cósmicos, de acordo com a reação abaixo: [4] [1] [5]
Estima-se que apenas 7,5 kg de carbono-14 são produzidos a cada ano a partir da radiação cósmica [4]. Como o carbono-14 é radioativo, logo instável, ele transforma-se em nitrogênio, por emissão de partículas β, segundo a equação abaixo: [5]
O princípio da datação por carbono-14 supõe que, por conta destas duas reações, a percentagem de carbono-14 na atmosfera apresenta-se inalterada com o passar do tempo. Uma vez formado, o carbono-14 é oxidado a 14CO2 e consumido pelos seres que realizam a fotossíntese, tornando-se parte do chamado ciclo do carbono, o que faz que circule pelo mundo todo, através da atmosfera, oceanos e biosfera. Assim, a quantidade de carbono-14 no planeta é aproximadamente constante, estando relacionada ao seu tempo de formação e decaimento. Isso significa que os átomos de carbono-14 estão sempre decaindo, mas são substituídos por novos átomos de carbono-14, sempre em uma taxa constante. Nesse momento, seu corpo tem certa porcentagem de átomos de carbono-14, essa porcentagem é, aproximadamente, igual em todas as plantas e animais vivos têm a mesma porcentagem que qualquer ser humano. [4] [1]
Quando o vegetal ou animal morre, cessa a absorção de CO2 com carbono-14, e começa o decaimento radioativo do mesmo. Com isso, a concentração relativa desses isótopos varia com o tempo. Quando é feita a comparação da concentração relativa dos isótopos de carbono do fóssil e do organismo vivo, se obtém uma medição aproximada da idade do fóssil. De forma que quanto menos radioatividade por carbono-14 um fóssil ou artefato emitir, mais velho ele é. [5] [6]
Essa técnica desenvolvida por Libby possui, contudo, algumas limitações. Um objeto com menos de 100 anos não poderia ser datado, pois a quantidade de radiação emitida terá diminuído muito pouco para ser detectada alguma diferença. E um objeto com mais de 40 mil anos de idade (aproximadamente 7 meias-vidas), não pode ser datado com precisão, pois a radiação emitida é praticamente zero. Portanto, essa técnica é adequada para datações para objetos que tenham entre 100 e 40.000 anos de idade. Esse fato impede, por exemplo, que sejam datados a idade dos fósseis de dinossauros pelo decaimento radioativo do carbono-14. Porém, vale uma ressalva, porque o carbono-14 não é a única espécie química usada para a datação. Devido a idade dos fósseis de dinossauros, que ultrapassam os 65 milhões de anos, torna-se mais preciso o uso de outros isótopos radioativos, como o potássio-40, que possui meia vida de 1,25 bilhão de anos. [1] [7]
Outro ponto importante, é que hoje sabe-se que a quantidade relativa de carbono-14 no planeta não se manteve exatamente constante durante os anos, alterações no campo magnético da terra e alterações na intensidade solar. Portanto, inúmeras técnicas de calibrações têm sido propostas e amplamente usadas por arqueólogos, para tornar a técnica cada vez mais precisa. [1] [8]
Conforme visto no texto, o carbono-14 é bem importante para a datação de eventos passados, artefatos históricos, ossadas, dentre outras coisas. Dessa forma, é possível perceber como a química está presente em tudo, sendo extremamente importante para conhecermos melhor nosso planeta e a história da humanidade.
Bibliografia:
[1] FRANCISCO, J. A. S.; LIMA, A. A.; ARÇARI, D. P. Datação por carbono–14. The Carbon–14, 2011. Disponível em<https://portal.unisepe.com.br/unifia/wp-content/uploads/sites/10001/2018/06/1gestao_foco_Carbono14.pdf>. Acesso em 29/08/2022.
[2] FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. Isótopos. Manual da Química, 2015. Disponível em: <https://www.manualdaquimica.com/quimica-geral/isotopos.htm>. Acesso em 29/08/2022.
[3] BROWN, Theodore L., et al. Química: a Ciência Central. Pearson education, 2004. p.621.
[4] FARIAS, Robson Fernandes de. A técnica de datação do carbono-14. Química Nova na Escola. n° 16, novembro de 2002.
[5] RIBEIRO, Daniel. “Datação por carbono-14.” Revista de Ciência Elementar 3.4 (2015).
[6] BLAKEMORE, Erin. O radiocarbono ajuda a datar objetos antigos, mas não é perfeito. National Geographic, 12 de julho de 2019. Disponível em <https://www.nationalgeographic.com/culture/article/radiocarbon-dating-explained> Acesso em 29/08/2022.
[7] VALIM, Paulo. Datação por carbono-14: como funciona?. Ciência em Ação, 10 de novembro de 2020. Disponível em <https://cienciaemacao.com.br/datacao-por-carbono-14-como-funciona/> Acesso em 29/08/2022.
[8] Clark, R. Malcom. “A calibration curve for radiocarbon dates.” Antiquity 49.196 (1975): 251-266.
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