Como os cientistas sabem a idade de um fóssil?

Quando lemos uma notícia da arqueologia ou paleontologia, uma das informações mais importantes é a idade da criatura ou objeto encontrado, um número estimado cuja descoberta é um trabalho totalmente ancorado na química e física. Como os cientistas sabem a idade de um fóssil ou objeto antigo, afinal? Resumidamente, contando os átomos radioativos. Mas a resposta pode ficar bem mais complexa do que isso.

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Nos artefatos e criaturas mais recentes, dentro do que convencionamos chamar de história humana — desde o início da agricultura até o desenvolvimento das civilizações —, é utilizada a datação por carbono-14 (C-14), que funciona muito bem para saber a idade de algo dos últimos 55.000 anos. Passado disso, é necessário utilizar isótopos radioativos, como urânio-238, urânio-235 e tório-232. Antes de falar deles, no entanto, vamos explicar como a datação funciona.

Como funciona a datação radiométrica?

Não se engane pelo tamanho dos átomos dos minúsculos elementos que formam tudo em nosso planeta — neles, há informações muito importantes sobre o tempo e os acontecimentos pelos quais seus núcleos e elétrons já passaram. Isso está relacionado com a radioatividade e a frequência de luz absorvida pelos átomos ao longo de sua existência.

Átomos de elementos radioativos, como o urânio, contêm muita energia. É tanta, na verdade, que seus núcleos, ou parte central, estão literalmente voando para todos os lados, perdendo minúsculos pedaços o tempo todo. Essa perda de matéria é conhecida como “decaimento”. Cada um desses elementos decai em uma taxa estável e imutável, ou seja, nenhum aspecto externo muda essa velocidade. Isso só ocorre enquanto eles estão instáveis, característica comum aos elementos radioativos.

À medida que perdem partículas, esses elementos mudam e acabam se tornando átomos de outros elementos, gerando subprodutos até se tornarem finalmente estáveis. O urânio, por exemplo, passa por inúmeros elementos até se tornar, finalmente, chumbo. Com muita observação e conhecimento sobre química, pesquisadores conseguem saber as proporções de chumbo e urânio presentes em minerais, e, sabendo que quanto mais o urânio decai, mais chumbo haverá. A taxa de decaimento fixa do elemento nos diz o quão velho o mineral é.

Quando se fala em decaimento radioativo, geralmente se usa o termo “meia-vida”. Ela define quanto tempo leva para metade dos átomos radioativos de uma amostra decaírem, porção que dá uma ótima ideia da idade de um artefato. Elementos podem ter meias-vidas incrivelmente baixas, como o hélio-7 (23 yoctossegundos, ou trilhões de um trilhão de um segundo), ou incrivelmente altas, chegando a uma idade superior à idade atual do nosso universo, como é o caso do hidrogênio atômico.

Átomos de um mesmo elemento podem ter diversas formas, chamadas isótopos, com massas e pessoas diferentes. O urânio-238, por exemplo, o mais abundante e longevo isótopo desse elemento, tem uma meia-vida de 4,47 bilhões de anos. Com ele e seu “irmão”, o urânio-235, que tem meia-vida de 704 milhões de anos, conseguimos descobrir a idade de minerais antigos da Terra e da Lua e de fragmentos de meteoritos que nos permitiram estimar a idade do nosso planeta — 4,54 bilhões de anos, com margem de erro de cerca de 50 milhões de anos.

Como os elementos radioativos se misturam aos restos mortais e objetos?

Talvez você esteja se perguntando, “mas elementos radioativos não são raros? Como um dinossauro ou tigre-dentes-de-sabre pode ter a idade estimada se ele não é radioativo?”. Bem, elementos radioativos estão por toda parte, na verdade, mas em quantidades baixas o suficiente para não nos fazer mal. Eles chegam até os seres vivos e objetos através de alimentação e sedimentos, por exemplo.

Carbono-14 e alimentação

Peguemos de exemplo o carbono-14, mais comum no passado recente. Sua meia-vida é de cerca de 5.730 anos, decaindo até se tornar nitrogênio-14. Tudo começa, curiosamente, a partir do espaço! Dele, chegam raios cósmicos, partículas vindas do cosmo, que atingem os átomos da atmosfera terrestre e desprendem seus nêutrons, que chegam nos átomos de nitrogênio-14 e formam o radioativo carbono-14.

Uma vez formado, o carbono-14 é combinado ao oxigênio da atmosfera e forma o dióxido de carbono radioativo, que as plantas absorvem e utilizam na fabricação de energia, podendo assim crescer. Animais herbívoros e onívoros ingerem as plantas, absorvendo o carbono radioativo enquanto vivos. Ao morrer, eles param de absorver a substância, deixando que seu acúmulo no interior do corpo comece a decair até se tornar nitrogênio-14. Assim, conseguimos saber quando o ser vivo faleceu.

Sedimentos e dinossauros

Para fósseis com mais de 55 ou 60 mil anos, mais de 99% de seu carbono já foi perdido para o ambiente, deixando muito pouco para ser detectado pelos cientistas. Como, então, os elementos mensuráveis ficam preservados nos fósseis antigos?

Bem, grande parte dos fósseis muito antigos não são, na verdade, compostos do material orgânico original, como ossos, cartilagens, pele e tecidos moles, mas sim são um “molde” mineralizado que, sob as condições certas, se solidificou no formato dos restos da criatura que, ao morrer, foi enterrada abaixo de sedimentos.

Essa mineralização ao entorno do animal ou planta de tempos antigos contém seus próprios isótopos, bem como os sedimentos ao seu redor, nos dando a oportunidade de ao menos estimar quando o fóssil acabou enterrado junto aos minerais. Podemos não ter certeza da data em que isto aconteceu, mas obtemos uma aproximação muito boa, descobrindo em que época a criatura viveu e com quais outras formas de vida compartilhava seu ambiente.

Urânio e tório, por exemplo, são isótopos grandes, presentes em todo lugar e sempre instáveis, permitindo-nos descobertas incríveis como um cristal de zircônio de 4,4 bilhões de anos na Austrália.

Datação por luminescência

Por fim, um último método nos permite estimar não exatamente a idade, mas sim quando um mineral parou de ser exposto à luz solar, sendo envolto por sedimentos e rochas, e passando a receber a radiação destes novos vizinhos. Alguns elétrons acabam voltando para o átomo, mas outros ficam presos em buracos e outros defeitos da densa nuvem atômica ao seu redor. Uma segunda exposição ao calor ou à luz solar é necessária para “chutar” esses elétrons de volta para a posição original — e é o que os cientistas fazem.

Quando um elétron volta para a posição antiga, emitem luz, ou sinal luminescente, dando nome ao método. Quanto mais tempo um artefato ou fóssil ficou enterrado, mais radiação recebeu do seu entorno. Sendo exposto à muita radiação, o fóssil acabará tendo muitos elétrons se movimentando, emitindo bastante luz ao voltar para seu lugar.

Esse método é comum na geociência, útil para calcular mudanças em paisagens de milhões de anos e descobrir, por exemplo, quando uma geleira surgiu ou retrocedeu, depositando rochas em um vale, ou quando uma enchente jogou sedimentos em uma bacia fluvial.

Fonte: NIST, LiveScience