Datação por isótopos radioativos: como sabemos a idade das coisas.

Você já parou para pensar nas loucuras que a ciência faz a gente acreditar? Por exemplo, em alguns noticiários é possível ouvir da boca de alguns cientistas a idade de coisas muito antigas da história. Como podemos saber há quanto tempo um tipo de fóssil existe? ou como podem dizer com tanta precisão a idade da Terra ou de rochas? Existem formas eficientes de saber isto, vamos lá!

Uma discussão sobre esse tema é de rigorosa importância, já que, atualmente, existem vários grupos com conspirações bizarras que contradizem completamente a ciência, como é o caso dos apoiadores da Terra plana, ou dos que pensam que o homem nunca foi a lua. A preocupação existe, pois, esses grupos se expandem rapidamente, isto porque responde à população de uma forma mais fácil de entender, porém com mentiras. Estes mesmos grupos debocham de teorias muito bem comprovadas pela ciência, como a teoria evolutiva (na biologia) e a teoria da relatividade (na física). Podemos ver em algumas plataformas como o YouTube alguns desses conspiracionista afirmando que a datação por isótopos já caiu por Terra, mais aqui iremos mostrar que estão errados.

Para entender a essência da datação de fósseis e outros objetos é necessário saber o que é um isótopo. Conhecemos a tabela periódica e sabemos que cada elemento que nela existe tem uma massa atômica e um número atômico, onde o número atômico é a quantidade de prótons que existe no átomo e a massa atômica é a medida da massa de um átomo através de u(unidade de massa atômica), a massa atômica que aparece na tabela periódica é a do átomo mais estável. Os isótopos são elementos que possuem a mesma quantidade de prótons, mas massas atômicas diferentes, isto é causado pela quantidade de nêutrons que varia em cada elemento, esta diferença entre prótons e nêutrons torna o átomo mais instável.

O que esses isótopos tem a ver com este assunto? É que estes átomos instáveis são radioativos, consequentemente decaem com o tempo. Esta radiação é nada mais nada menos que a emissão de energia através de ondas eletromagnéticas ou partículas.

O químico Willard Libby, no ano de 1947, fez uma descoberta de uma importância formidável para a ciência, contribuindo com várias áreas de estudo. Ele descobriu um isótopo instável do carbono 12, o carbono 14, que apresenta dois nêutrons a mais que o carbono 12, em seu interior. O carbono 14 é formado nas camadas mais altas na atmosfera onde se tem a existência de nitrogênio 14 que é bombardeado por raios cósmicos cheios de nêutrons formando átomos de prótio e carbono 14, este carbono 14 reage com oxigênio do ar formando um composto chamado de dióxido de carbono, mas que é diferente do que é comumente conhecido com o carbono 12 e que é radioativo, este composto cai sobre a Terra e é absorvido pelos vegetais e, consequentemente, por todo organismo vivo presente na Terra. O mais importante desta descoberta é a constância com que esse isótopo decai, o que se chama de tempo de meia vida, que no caso do carbono 14 é de 5730 anos, ou seja, A cada 5730 anos metade do carbono 14 existente em um corpo deixa de existir transformando-se em nitrogênio 14 e emite uma partícula beta. A contagem do decaimento começa valer a partir do momento que o organismo morre, e o cálculo é feito através de duas fórmulas:

t = P n (1)

t é o tempo que o material está deixando de existir, P é o tempo de meia vida, n é a quantidade de meia vidas já desgastadas, M é a massa que sobrou e m' é a massa inicial. Mas como é possível saber a massa inicial do carbono 14 presente em cada corpo?

Isto é explicado pelo teor de isótopos em um corpo, que é expresso em ppb (partes por bilhão), por exemplo, a abundância do carbono 14 comparada com o 12 é de, aproximadamente, 10 partes por bilhão, ou seja, para cada 1 bilhão de átomos de carbono 12 num organismo pode-se encontrar 10 átomos de carbono 14.

Uma das grandes limitações da datação pelo carbono 14 é que só é possível saber da idade do organismo até os 70 mil anos, pois depois de uma certa massa do isótopo as medições ficam bastante imprecisas.

Vamos pensar em uma situação onde possamos utilizar o carbono 14, por exemplo, se achássemos uma múmia e quiséssemos saber há quanto tempo ela está na Terra. Digamos que a quantidade de carbono 14, de uma amostra da múmia, é de 5,25 ppb e sabemos que o natural em um animal é de 10 ppb (valor tabelado), então é só colocar na fórmula, para descobrir quantas meia vidas a amostra tem:

n = 0,93

Agora, basta pôr este valor na outra equação para descobrir quanto tempo a amostra tem:

t = 5730 0,93

t = 5320 anos

Logo, nós descobrimos que a múmia tem 5320 anos desde que morreu, em 3300 a.C. o que significa que a massa não foi reduzida pela metade ainda.

Figura 1[1]: Foto ilustrativa de uma múmia.


Uma dúvida comum é, como se sabe o a idade da terra se só podemos datar com o carbono 14 até 70 mil anos? Isto é possível porque o carbono 14 não é o único isótopo do universo, nem tem o maior tempo de meia vida, o urânio-238 é um destes isótopos que tem um grande tempo de meia vida.

Figura 2[2]: Caminho do decaimento do Urânio-232 em Chumbo-206 por decaimentos beta e alfa.


Um cientista americano, que atuou na área de geoquímica, foi o responsável pela descoberta da datação por urânio-chumbo, descobriu que o isótopo urânio-238 decai transformando-se, por último, no chumbo-206, e este elemento é encontrado em rochas ígneas (formadas pelo magma), e ele tem um tempo de meia vida de 4,51 bilhões de anos. O “por último” está aí por causa do decaimento alfa e beta, que faz o átomo de urânio passar para outros isótopos até decair definitivamente no chumbo, como mostra na figura. O cientista é chamado de Clair Patterson, que trabalhou separando e contando a quantidade de chumbo presente em zircões do The Jack Hills, que é uma série de colinas da Austrália Ocidental, responsável pelos materiais mais antigos do mundo. Clair separou o urânio e o chumbo dos zircões, com o espectrômetro de massa do Argonne National Laboratory, e conseguiu calcular o tempo do momento em que a Terra terminou de ser formada, cerca de 4,54 bilhões de anos.

Outra datação interessante é a datação dos dinossauros, pois é um organismo que já foi vivo um dia, mas que não há mais a possibilidade de medir o tempo de sua existência através do carbono 14, pois este isótopo já não existe mais em seus esqueletos. Sabendo do problema, existe a técnica do potássio-argônio, que é o potássio-40 que com decaimento beta transforma-se em argônio-40, tendo um tempo de meia vida de 1,26 bilhões de anos, e utilizando a mesma técnica para calcular a idade da Terra, sendo obtido, por exemplo, um tempo de 245 milhões de anos, nos ossos de um “Nyasasaurus parringtoni”.

Figura 3[3]: Fóssil de um Nyasasaurus parrington.

Mas e o universo? Não existem pedaços do universo que possamos coletar e fazer o cálculo da desintegração de algum isótopo.

A idade do universo é medida de uma forma diferente, que exige o entendimento do conceito de entropia, de espectro de luz visível, lei de Hubble, radiação de corpo negro, etc. O que poderemos entender melhor num próximo texto, onde falaremos da expansão do universo.


Referências bibliográficas

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[16] DESCOBERTO provável mais antigo dinossauro conhecido. Disponível em <https://veja.abril.com.br/ciencia/descoberto-provavel-mais-antigo-dinossauro-conhecido/>, 2012. Acesso em agosto de 2020.


[17] CORRADINI, Leonardo. Ensaios com a radioatividade natural do Potássio. Disponível em <https://sites.google.com/site/potassio40/>, 2012. Acesso em agosto de 2020.

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