Datação com C-14. José Marcus Godoy IRD/CNEN/MCT Depto. Química/PUC-Rio

Datação com C-14

José Marcus Godoy

IRD/CNEN/MCT

Roteiro

– Formação do C-14

– Lei do Decaimento Radioativo – Cálculo da Idade

• Correções

• Técnicas de medida

– Cuidados iniciais – limpeza da amostra – Baseadas na medida da radioatividade

• Cintilação em meio líquido • Contadores proporcionais

– Baseada na determinação da massa

• AMS

• Aplicações

• Datação absoluta com 230_Th/234_{U, uma alternativa a}

datação com C-14: Princípios e aplicabilidade

Formação do C-14

• O C-14 é formado através da interação de

neutrons, de origem cósmica, com átomos de

N-14 na atmosfera.

• O C-14, na forma de

_CO

2

, entra do ciclo do

carbono, sendo absorvido, através da produção

primária, em organismos aquáticos e terrestres,

incorporados em compartimentos geológicos,

como sedimentos ou espeleotemas, ou ainda na

estrutura física de corais e conchas.

• Uma vez cessada a entrada de “novos”

átomos de C-14 (morte de organismos ou

formação de novas camadas de sedimentos e

espeleotemas) , o relógio “radiocarbônico”

começa a “correr”.

• Embora o tempo de meia-vida do C-14 seja de

5730 anos, considera-se, por razões históricas

e de convenção, uma meia-vida de 5568 anos.

Validação da datação radiocarbônica feita por Libby (1952)

• A mesma equação pode ser escrita em termos

de atividade:

• A produção de C-14 na atmosfera é de cerca

de 14 dpm/gC ou 230mBq/gC.

• De modo houvesse uma convergência entre

resultados obtidos por diferentes laboratórios,

a datação com C-14 passou por um processo

de padronização internacional.

• A idade

_{C convencional é calculada com base}

do padrão Ácido Oxálico (NIST-SRM-4990B), e

reportada em anos AP (Antes do Presente),

sendo Presente o ano de 1950.

• Na realidade, como este padrão não é mais

disponível

no

mercado,

utiliza-se

outros

padrões

cuja

concentração

de

C

foi

determinada em relação ao padrão NIST

original.

Cálculo da Idade - Correções

• Para podermos calcular a idade “radiocarbônica” a

partir da determinação da concentração de C-14 na

amostra,

é

necessária

uma

correção

para

o

fracionamento isotópico que ocorre, diferentemente,

amostra/amostra:

– Fracionamento isotópico

δ

• A idade T calculada é conhecida como idade “radiocarbônica”, reparem que ela utiliza um tempo de meia-vida de 5568, ou invés de 5730, e 1950 como t=0. • É claro que, para corrigirmos esta idade para uma

idade geocronológica, estas duas correções devem ser introduzidas. Adicionalmente, sabe-se que a produção do C-14 na atmosfera é função do fluxo de raios cósmicos, que variam com os ciclos solares, e dos campos geomagnéticos da Terra. Assim sendo, nosso N(t=0) não é constante e deve ser corrigido.

14

_{C versus Dendrocronologia}

Idade Corrigida

Amostra de origem terrestre Amostra de origem marinha

Limpeza da amostra

• Qualquer que seja a amostra, ela sofre a incorporação de material estranho ao material original devido a uma série de processos biogeoquímicos.

• Desta forma, para tornar o resultado experimental confiável, a amostra passa por uma série de etapas de limpeza.

• Estas etapas são de natureza mecânica, como uma raspagem, e de natureza química como tratamento com soluções ácidas.

• Qualquer falha neste processo compromete de forma irreversível o resultado final.

Medidas de Atividade

• Amostra com 1 grama C, eficiência de contagem de

70%, tempo de contagem de 24 horas (1440

minutos) e ruído de fundo de 1cpm.

I

= (14.0,70.1440) cont. = 14112 cont.

• Incerteza associada a medida da atividade;

– Amostra recente = 1,25%

– 1 meia-vida (5568 anos) = 1,58% – 2 meias-vida (11136 anos) = 2,38% – 3 meias-vida (16704 anos) = 3,78% – 4 meias-vida (22272 anos) = 6,34%

• T

≈ 39.000 anos; T

≈ 200 anos

Medidas de Atividade

• Contadores proporcionais de baixo ruído de

fundo: CO

injetado na câmara do detector e

empregado como gás de medida;

• Contadores de cintilação em meio líquido:

– Suspensão BaCO

;

– Absorção química (Carb-O-Sorb);

– Síntese de benzeno.

Link para arquivo com figuras C-14

AMS

• AMS = espectrômetro de massa

• Contagem de átomos ao invés de contagem de partículas emitidas;

• 14 dpm/gC ≈ 1,7x1019 _átomos;

• Massa de amostra muito menor (>1mg);

• Preparação de amostra mais simples (grafite);

• Determinação pode ser repetida várias vezes até se alcançar a precisão desejada;

• Representatividade da amostra; • Risco de contaminação;

18

MATERIAL AMS RADIOMETRIC

Conservative Recommendation Conservative Recommendation Charcoal 50 mg 20 grams Wood 50 mg 50 grams Dung 50 mg 20 grams

Plant / seeds 20 mg 20 grams

Peat / Gyttja 1-2 mg 100 grams

Shell/Coral/CaCO3 50 mg 50 grams

Organic Sediment 2-5 grams < 1000 grams

Insect (chitin) 20 mg 20 grams

Hair 20 mg 10 grams

Fish Otolith 5-10 mg Not available Bone / Antler 2-10 grams Not available

Teeth 1 tooth Not available

Burned/cremated bone 4 grams Not available Phytoliths (extracted) * 200 mg Not available Pollen (extracted) * 20 mg Not available

Forams * 20 mg Not available

Water DIC as SrCO3 * 50 mg 30 grams

Water 1 liter not available

AMS ≈ US$500 LSC ≈ US$250

Aplicações

• Datação

– Sambaquis

– Foraminíferas

– Reconstrução de paleo-ambientes

• Autenticidade

– Bio-materias (incluíndo bio-combustíveis)

– Objetos históricos

Sambaquis

• Um dos materiais mais datados no Brasil e, também, objeto de bastante controvérsia são os sambaquis. Os depósitos de sambaquis são encontrados, particularmente, na região Sul e Sudeste brasileiras e, em especial, no Estado de Santa Catarina.

• Nestes depósitos, encontramos outros materiais datáveis, além das próprias conchas, como carvões. Se levarmos em conta que um feito reservatório de 400 anos representa 10% de uma idade de 4000 anos, as datações baseadas nas conchas podem ser questionadas em função de desconhecermos a magnitude exata do efeito reservatório.

Sambaquis

• A distribuição bi-modal das idades dos depósitos de sambaquis parece estar associada a variação do nível do mar e, conseqüente, maior/menor abundância de peixes e moluscos.

• Dado o menor número de resultados com idades acima de 7.000 anos, estes dados são objeto constante de dúvidas.

• Há aqueles que defendem que, dificilmente serão encontrados depósitos com idades superiores a 8.000 anos. Estes se encontrariam

Foraminíferas

Reconstrução paleo-ambientais

Pessenda e outros, 1996

Autenticidade – Bio-materiais

• ASTM D6866 - 08 Standard Test Methods for Determining the Biobased Content of Solid, Liquid, and Gaseous Samples Using Radiocarbon Analysis

Autencidade – Objetos históricos

Datação Absoluta com

Th/

U

• Como vimos, a datação com

_{C de amostras de}

origem marinha, em especial, na costa brasileira

possui uma fragilidade intrínseca importante, ou

seja, a magnitude do efeito reservatório. Este efeito

pode ser significativo em amostras do Holoceno e em

regiões de ressurgência.

• A determinação deste efeito requer o conhecimento

da idade “verdadeira” ou absoluta. Em amostras

ricas em carbonato e com concentração de urânio

superior a 1µg/g, a datação através do par

_Th/

_U

Datação Absoluta com

Th/

U

• Desequilíbrio das séries do urânio e do

tório;

– Crescimento do filho dada a acumulação do

pai,

A

= A

(1 –

e

)

– Urânio em corais fósseis: