Sobre o namoro isotópico: jardas para o tempo geológico

O trabalho de geólogos é contar a verdadeira história da história da Terra - mais precisamente, uma história da história da Terra que é sempre mais verdadeira. Cem anos atrás, tínhamos pouca ideia do tamanho da história - não tínhamos um bom parâmetro para o tempo. Hoje, com a ajuda de métodos de datação isotópica, podemos determinar a idade das rochas quase tão bem quanto mapear as próprias rochas. Por isso, podemos agradecer à radioatividade, descoberta na virada do século passado.

Cem anos atrás, nossas idéias sobre as eras das rochas e a era da Terra eram vagas. Mas, obviamente, as rochas são coisas muito antigas. A julgar pelo número de rochas existentes, mais as taxas imperceptíveis dos processos que as formam - erosão, enterro, fossilização, elevação - o registro geológico deve representar milhões de anos não contados. Foi esse insight, expresso pela primeira vez em 1785, que fez James Hutton o pai da geologia.

Então sabíamos sobre "tempo profundo

Em 1896, a descoberta acidental de radioatividade de Henri Becquerel mostrou o que poderia ser possível. Aprendemos que alguns elementos sofrem decaimento radioativo, mudando espontaneamente para outro tipo de átomo e liberando uma explosão de energia e partículas. Esse processo ocorre a uma taxa uniforme, tão constante quanto um relógio, não afetado pelas temperaturas comuns ou pela química comum.

O princípio de usar a deterioração radioativa como método de datação é simples. Considere esta analogia: uma churrasqueira cheia de carvão em chamas. O carvão queima a uma taxa conhecida e, se você medir quanto carvão resta e quantas cinzas se formaram, pode dizer há quanto tempo a grelha ficou acesa.

O equivalente geológico da iluminação da churrasqueira é o momento em que um grão mineral se solidificou, seja há muito tempo em um granito antigo ou apenas hoje em um fluxo de lava fresco. O grão mineral sólido prende a átomos radioativos e seus produtos de decomposição, ajudando a garantir resultados precisos.

Logo após a descoberta da radioatividade, os pesquisadores publicaram algumas datas de teste das rochas. Percebendo que o decaimento do urânio produz hélio, Ernest Rutherford, em 1905, determinou uma idade para um pedaço de minério de urânio, medindo a quantidade de hélio preso nele. Bertram Boltwood, em 1907, usou o chumbo, o produto final da decomposição do urânio, como um método para avaliar a idade do mineral urânio em algumas rochas antigas.

Os resultados foram espetaculares, mas prematuros. As rochas pareciam surpreendentemente velhas, variando em idade de 400 milhões a mais de 2 bilhão anos. Mas, na época, ninguém sabia sobre isótopos. Uma vez isótopos foram explicados, durante a década de 1910, ficou claro que os métodos de datação radiométrica não estavam prontos para o horário nobre.

Com a descoberta dos isótopos, o problema do namoro voltou à estaca zero. Por exemplo, a cascata de decaimento de urânio para chumbo é realmente duas - o urânio-235 decai para o chumbo-207 e o urânio-238 decai para o chumbo-206, mas o segundo processo é quase sete vezes mais lento. (Isto faz namoro com urânio-chumbo especialmente útil.) Cerca de 200 outros isótopos foram descobertos nas próximas décadas; aqueles que são radioativos tiveram suas taxas de decaimento determinadas em minuciosas experiências de laboratório.

Na década de 1940, esse conhecimento fundamental e os avanços nos instrumentos tornaram possível começar a determinar datas que significam algo para os geólogos. Mas as técnicas ainda estão avançando hoje porque, a cada passo em frente, uma série de novas questões científicas pode ser feita e respondida.

Existem dois métodos principais de datação isotópica. Detecta-se e conta-se átomos radioativos através de sua radiação. Os pioneiros da datação por radiocarbono usaram esse método porque o carbono-14, o isótopo radioativo do carbono, é muito ativo, decaindo com uma meia-vida de apenas 5730 anos. Os primeiros laboratórios de radiocarbono foram construídos no subsolo, usando materiais antigos antes da era da década de 1940 de contaminação radioativa, com o objetivo de manter baixa a radiação de fundo. Mesmo assim, pode levar semanas de contagem de pacientes para obter resultados precisos, especialmente em amostras antigas nas quais muito poucos átomos de radiocarbono permanecem. Esse método ainda é utilizado para isótopos escassos e altamente radioativos, como carbono-14 e trítio (hidrogênio-3).

A maioria dos processos de decadência de interesse geológico é muito lenta para os métodos de contagem de decaimentos. O outro método baseia-se na contagem real dos átomos de cada isótopo, sem esperar que alguns deles se deteriorem. Este método é mais difícil, mas mais promissor. Envolve preparar amostras e executá-las através de um espectrômetro de massa, que os peneira átomo a átomo de acordo com o peso de maneira tão ordenada quanto uma daquelas máquinas de separação de moedas.

Por exemplo, considere o método de datação por potássio-argônio. Os átomos de potássio vêm em três isótopos. O potássio-39 e o potássio-41 são estáveis, mas o potássio-40 sofre uma forma de decomposição que o transforma em argônio-40, com uma meia-vida de 1.277 milhões de anos. Assim, quanto mais antiga uma amostra fica, menor a porcentagem de potássio-40 e, inversamente, maior a porcentagem de argônio-40 em relação ao argônio-36 e argônio-38. Contar alguns milhões de átomos (fácil com apenas microgramas de rocha) produz datas muito boas.

O namoro isotópico sustentou todo o século de progresso que fizemos na verdadeira história da Terra. E o que aconteceu nesses bilhões de anos? É tempo suficiente para atender a todos os eventos geológicos que já ouvimos, com bilhões sobrando. Mas com essas ferramentas de namoro, temos estado ocupados mapeando em profundidade, e a história está ficando mais precisa a cada ano.