Como funciona a datação (cientificamente falando)?

Um fóssil de Archaeopteryx, a ave mais antiga já registrada. Crédito da imagem: James L. Amos via Getty

A capacidade de datar com precisão ou identificar a idade de um objeto pode nos ensinar quando a Terra se formou, ajudar a revelar climas passados e nos dizer como os primeiros humanos viveram. Então, como os cientistas fazem isso?

Enquanto a forma mais comum de carbono tem seis nêutrons, o carbono-14 tem dois extras. Isso torna o isótopo mais pesado e muito menos estável do que a forma de carbono mais comum. Então, depois de milhares de anos, o carbono-14 eventualmente se decompõe. Um de seus nêutrons se divide em um próton e um elétron. Enquanto o elétron escapa, o próton permanece como parte do átomo. Com um nêutron a menos e um próton a mais, o isótopo decai em nitrogênio.

Quando os seres vivos morrem, eles param de absorver carbono-14 e a quantidade que resta em seu corpo inicia o lento processo de decaimento radioativo. Os cientistas sabem quanto tempo leva para metade de uma determinada quantidade de carbono-14 decair, um período de tempo chamado meia-vida. Isso permite que eles meçam a idade de um pedaço orgânico de matéria, seja uma pele ou esqueleto de animal, cinzas ou um anel de árvore, medindo a proporção de carbono-14 para carbono-12 restante nele e comparando essa quantidade com o carbono -14 meia-vida. 

A meia-vida do carbono-14 é de 5.730 anos, tornando-o ideal para cientistas que desejam estudar os últimos 50.000 anos de história. “Isso cobre basicamente a parte realmente interessante da história humana”, disse Higham, “as origens da agricultura, o desenvolvimento das civilizações: Todas essas coisas aconteceram no período do radiocarbono”. 

No entanto, objetos mais antigos do que isso perderam mais de 99% de seu carbono-14, deixando muito pouco para detectar, disse Brendan Culleton, professor assistente de pesquisa no Laboratório de Radiocarbono da Universidade Estadual da Pensilvânia. Para objetos mais antigos, os cientistas não usam o carbono-14 como medida de idade. Em vez disso, eles geralmente procuram isótopos radioativos de outros elementos presentes no ambiente.

Para os objetos mais antigos do mundo, a datação de urânio - tório - chumbo é o método mais útil. "Nós o usamos para datar a Terra", disse Higham. Embora a datação por radiocarbono seja útil apenas para materiais que já estiveram vivos, os cientistas podem usar a datação de urânio-tório-chumbo para medir a idade de objetos como rochas. Neste método, os cientistas medem a quantidade de uma variedade de diferentes isótopos radioativos, todos os quais decaem em formas estáveis ??de chumbo. Essas cadeias separadas de decaimento começam com a quebra do urânio-238, urânio-235 e tório-232. 

"O urânio e o tório são isótopos tão grandes que estão se rompendo. São sempre instáveis", disse Tammy Rittenour, geóloga da Universidade Estadual de Utah. Esses "isótopos-pais" se decompõem em uma cascata diferente de radioisótopos antes de se transformarem em chumbo. Cada um desses isótopos tem uma meia-vida diferente, variando de dias a bilhões de anos, de acordo com a Agência de Proteção Ambiental. Assim como a datação por radiocarbono, os cientistas calculam as proporções entre esses isótopos, comparando-os com suas respectivas meias-vidas. Usando esse método, os cientistas conseguiram datar a rocha mais antiga já descoberta, um cristal de zircão de 4,4 bilhões de anos encontrado na Austrália.

Finalmente, outro método de datação diz aos cientistas não a idade de um objeto, mas quando foi exposto pela última vez ao calor ou à luz solar. Esse método, chamado datação por luminescência, é o preferido por geocientistas que estudam as mudanças nas paisagens nos últimos milhões de anos, eles podem usá-lo para descobrir quando uma geleira se formou ou recuou, depositando rochas sobre um vale; ou quando uma inundação despejou sedimentos sobre uma bacia hidrográfica, segundo Rittenour.

Quando os minerais dessas rochas e sedimentos são enterrados, eles ficam expostos à radiação emitida pelos sedimentos ao seu redor. Essa radiação expulsa elétrons de seus átomos. Alguns dos elétrons caem de volta nos átomos, mas outros ficam presos em orifícios ou outras irregularidades na densa rede de átomos ao seu redor. É preciso uma segunda exposição ao calor ou à luz solar para empurrar esses elétrons de volta às suas posições originais. É exatamente isso que os cientistas fazem. Eles expõem uma amostra à luz e, à medida que os elétrons caem de volta nos átomos, emitem calor e luz, ou um sinal luminescente.

"Quanto mais tempo o objeto fica enterrado, mais radiação ele fica exposto", disse Rittenour. Em essência, objetos enterrados há muito tempo expostos a muita radiação terão uma tremenda quantidade de elétrons deslocados, que juntos emitirão uma luz brilhante quando retornarem aos seus átomos, disse ela. Portanto, a quantidade de sinal luminescente informa aos cientistas quanto tempo o objeto ficou enterrado. 

Datar objetos não é importante apenas para entender a idade do mundo e como os humanos antigos viviam. Cientistas forenses o usam para resolver crimes, de assassinato a falsificação de arte. A datação por radiocarbono pode nos dizer por quanto tempo um bom vinho ou uísque envelheceu e, portanto, se foi falsificado, disse Higham. "Há toda uma gama de aplicações diferentes".

— Este artigo foi reeditado em 18 de setembro de 2022 pelo editor da Gaia Ciência.

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Referência:

WHITCOMB, Isabel. How do scientists figure out how old things are? Live Science, Nova York, 10, jan. 2021. Disponível em: <https://www.livescience.com/scientists-dating-methods.html>. Acesso em: 18, set. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.