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

Transcrição

1 Datação com C-14 José Marcus Godoy IRD/CNEN/MCT Depto. Química/PUC-Rio 1

2 Roteiro Fundamentos teóricos 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 2

3 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 14 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. N-14 (n,p) C-14 3

4 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. 4

5 Validação da datação radiocarbônica feita por Libby(1952) 5

6 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. 6

7 Aidade 14 Cconvencionalécalculadacombase do padrão Ácido Oxálico (NIST-SRM-4990B), e reportada em anos AP (Antes do Presente), sendopresenteoanode1950. Na realidade, como este padrão não é mais disponível no mercado, utiliza-se outros padrões cuja concentração de 14 C foi determinada em relação ao padrão NIST original. 7

8 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 A ac = A m 13 2( δ Ca ) 8

9 A idade T calculada é conhecida como idade radiocarbônica, reparem que ela utiliza um tempo de meia-vidade5568,ouinvésde5730,e1950comot=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. 9

10 14 C versus Dendrocronologia 10

11 Idade Corrigida Amostra de origem terrestre Amostra de origem marinha Macário,

12 Efeito Reservatório

13 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. 13

14 Medidas de Atividade Amostra com 1 grama C, eficiência decontagemde 70%, tempo de contagem de 24 horas (1440 minutos)eruídodefundode1cpm. I padrão = (14.0, ) cont. = cont. Incerteza associada a medida da atividade; Amostra recente = 1,25% 1meia-vida(5568anos)=1,58% 2meias-vida(11136anos)=2,38% 3meias-vida(16704anos)=3,78% 4meias-vida(22272anos)=6,34% T max anos;T min 200anos 14

15 Medidas de Atividade Contadores proporcionais de baixo ruído de fundo: CO 2 injetado na câmara do detector e empregado como gás de medida; Contadores de cintilação em meio líquido: Suspensão BaCO 3 ; Absorção química (Carb-O-Sorb); Síntese de benzeno. 15

16 Link para arquivo com figuras C-14 16

17 AMS AMS = espectrômetro de massa Contagem de átomos ao invés de contagem de partículas emitidas; 14 dpm/gc 1,7x10 19 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; Custo do equipamento. 17

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 18

19 Aplicações Datação Sambaquis Foraminíferas Reconstrução de paleo-ambientes Autenticidade Bio-materias (incluíndo bio-combustíveis) Objetos históricos

20 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.

21 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 anos, estes dados são objeto constante de dúvidas. Há aqueles que defendem que, dificilmente serão encontrados depósitos com idades superiores a anos. Estes se encontrariam hoje submersos. Lima, 2004

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25 Foraminíferas Validação da datação de sedimentos de águas profundas baseado na freqüência e seqüência de aparecimento e desaparecimento de foraminíferas bentônicas (Vicalvi, 1997)

26 Reconstrução paleo-ambientais Pessenda e outros, 1996

27 Autenticidade Bio-materiais ASTM D Standard Test Methods for Determining the Biobased Content of Solid, Liquid, and Gaseous Samples Using Radiocarbon Analysis

28 Autencidade Objetos históricos Santo Sudário (link para vídeo YouTube)

29 Datação Absoluta com 230 Th/ 234 U Como vimos, a datação com 14 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 superiora1µg/g,adataçãoatravésdopar 230 Th/ 234 U éumaopção.

30 Datação Absoluta com 230 Th/ 234 U Desequilíbrio das séries do urânio e do tório; Crescimento do filho dada a acumulação do pai, A filho = A pai (1 e -λ.t ) Urânio em corais fósseis: A Th-230 = A U-234 (1 e -λ.t )

31 Corais Fósseis

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