A datação por carbono 14 é feita por cientistas utilizando o carbono para identificar em que época, certos seres vivos ou objetos, existiram.
Sabemos que todo organismo vivo possui em sua composição átomos de carbono 14, e partículas de carbono, que é utilizado pelos cientistas para datar a época em que as espécies existiram e objetos foram utilizados.
O que é a datação por carbono
A datação por carbono é uma técnica muito utilizada para tentarmos estimar a idade aproximada de artefatos arqueológicos ou vestígios fósseis. Nela, o decaimento radioativo e a meia vida do isótopo presentes na amostra, são analisados.
Sendo assim, para compreendermos a datação por carbono, é importante pensar a respeito da origem dos átomos de carbono 14.
Como os isótopos carbono 14 se formam?
A atmosfera é formada por uma mistura de gases como o oxigênio e o nitrogênio. Este último é o mais abundante nessa camada da Terra e representa cerca de 78% da sua composição.
Consequentemente esses átomos de nitrogênio são bombardeados pelos raios cósmicos do espaço (representados por partículas α, β e ondas γ), que se chocam com a nossa atmosfera formando muitos nêutrons energizados.
Sendo assim, os nêutrons colidem com os núcleos dos átomos de nitrogênio, o que provoca uma instabilidade dentro deles. Dessa maneira, esse fenômeno provoca o decaimento do átomo de nitrogênio, que se transforma em outro elemento químico, o átomo de carbono 14. Sendo assim temos um elemento radioativo, emitindo também um próton.
Representação do isótopo do carbono 14
Assim como dito anteriormente podemos representar esse fenômeno por meio da seguinte reação:
Em conclusão, lembre-se de que o decaimento radioativo representa o momento em que um núcleo instável de um isótopo libera energia para o meio, ficando estável.
Então vale lembrar que na natureza existem o carbono-12, o carbono-13 e o 14. Quando é formado como explicado acima e, em seguida, entra no ciclo do carbono, reage com o átomo de oxigênio, formando o dióxido de carbono (CO2).
Carbono 14 na natureza e seus elementos
Assim como lembramos acima, podemos afirmar então que o CO2 é incorporado na cadeia alimentar pela fotossíntese e alimentação de todos os seres vivos. Todavia, vale ressaltar aqui que a maior parte do carbono contido nos seres vivos, e o isótopo mais frequente, é o isótopo de carbono-12.
Importante lembrar que a quantidade de carbono 14 que sai do nosso corpo através dos decaimentos que ele sofre, é igual à quantidade que repomos através da alimentação.
Assim, a taxa de nos organismos vivos é constante e regular, e equivalente a 10 partes por bilhão (ppb). Ou seja, a cada 1 bilhão de átomos de carbono-12, 10 representam seu átomo. Entretanto, quando os organismos morrem, eles param de ingerir esse elemento, sendo assim, estes sofrem com o decaimento, ou seja, ocorre perda de carbono.
Infográfico demonstrando a formação do carbono 14 e sua entrada no ciclo do carbono. Fonte da imagem: blog.brasilacademico.com
Isótopos e alótropos de carbono
Como visto acima, o carbono apresenta três variáveis na natureza: C-12, C-13 e o C-14. Todos esses elementos apresentam 6 prótons em sua constituição, já que o número atômico (Z) é o que caracteriza um elemento químico.
Sendo assim, eles são considerados como isótopos, ou seja, átomos que têm o mesmo número atômico. Ou, simplificadamente falando, diferentes átomos de um mesmo elemento químico. O que vai causar a variação no número de massa (A=12, A=13, A=14) deles é o seu número de nêutrons (já que A= p + n, onde p=Z e n é o número de nêutrons).
Alguns isótopos emitem radiação, sendo assim denominados de isótopos radioativos ou radioisótopos. Além dos isótopos, temos também os alótropos que são substâncias diferentes feitas com o mesmo elemento. No caso do carbono, podemos citar o C(grafite) e o C(diamante).
Isótopos radioativos
Assim como vimos na aula anterior podemos afirmar que os isótopos radioativos apresentam uma propriedade denominada de período de meia vida (P ouT1/2) relacionada ao seu decaimento radioativo.
Nesse caso, a meia vida não se altera com a mudança de fatores externos como a temperatura, pressão e o estado físico ou químico das substâncias. Dessa maneira, podemos utilizar esse conceito como parâmetro para determinar a idade de objetos antigos e de fósseis.
Entre os isótopos existentes, o caborono14 é ideal para esse fim. Ele é um isótopo radioativo, formado naturalmente na atmosfera e incorporado por qualquer ser vivo ao longo da cadeia alimentar. Com o tempo, esse elemento sofre decaimento e se transforma em nitrogênio, emitindo uma partícula β.
Fórmula de meia vida no carbono 14
Analisando a fórmula acima, podemos afirmar que para que a metade de uma amostra decaia e se transforme em nitrogênio, são necessários 5730 anos, o que corresponde à meia vida do carbono-14.
Veja um exemplo:
Em uma exploração foi encontrado um osso humano. Em seguida, foi medido a quantidade de carbono-14 contida nele. Logo apresentava 2,5 ppb de carbono-14. Pode-se perguntar qual a idade deste fóssil.
Sabendo que quando vivo, a taxa de carbono-14 é igual a 10 ppb. E agora pelos cálculos temos apenas 2,5 ppb. Então:
10 ppb ____ 5 ppb _____ 2,5 ppb
Assim, como podemos observar, passaram-se duas meias vidas de carbono. Como cada meia vida é equivalente a 5.730 anos, teremos o resultado igual a 11.460 anos.
A história da técnica de datação por carbono-14
Em 1947, o cientista americano Willard Libby, prêmio Nobel de Química em 1960, inventou o método da datação pelo carbono-14. Ele verificou que a quantidade de do elemento contida nos tecidos mortos diminui em uma velocidade constante com o passar do tempo.
Através da verificação da quantidade de carbono-14 presente em um objeto ou organismo fóssil, podemos saber a época em que este objeto foi usado ou em que época este organismo viveu.
As limitações da técnica de carbono 14
Sendo assim, a técnica de datação por carbono-14 pode ser aplicada as madeiras, ao carbono, ossos, sedimentos orgânicos, conchas marinhas, fibras de plantas, etc.
Entretanto, a técnica tem um limite. O carbono-14 só pode ser usado para datar objetos ou organismos de até 50.000 anos, pois mais do que essa quantidade de anos, a quantidade de carbono-14 que fica presente nos restos mortais é muito baixa para ter uma medida de confiança.
Fotografia de uma escavação arqueológica. Objetos e restos podem ser analisados pela técnica da adaptação por carbono-14 para determinar a idade aproximada dos vestígios. Fonte da imagem: Getty Images.
Além disso, a idade do objeto ou do fóssil é feita baseada no cálculo da quantidade de matéria viva encontrada, e a quantidade no fóssil ou no objeto. Assim, quanto menor a quantidade de carbono-14 encontrada em um fóssil ou objeto, mais tempo terá transcorrido desde sua morte.
Exercício resolvido
1 – (Vunesp-2008) Medidas de radioatividade de uma amostra de tecido vegetal encontrado nas proximidades do Vale dos Reis, no Egito, revelaram que o teor em carbono 14 (a relação 14C/12C) era correspondente a 25% do valor encontrado para um vegetal vivo.
Sabendo que a meia-vida é de 5730 anos, conclui-se que o tecido fossilizado encontrado não pode ter pertencido a uma planta que viveu durante o antigo império egípcio – há cerca de 6000 anos –, pois:
a) a meia-vida do é de cerca de 1000 anos menor do que os 6000 anos do império egípcio.
b) para que fosse alcançada essa relação 14C/12C no tecido vegetal, seriam necessários apenas cerca de 3000 anos.
c) a relação 14C/12C de 25%, em comparação com a de um tecido vegetal vivo, corresponde à passagem de, aproximadamente, 1500 anos.
d) ele pertenceu a um vegetal que morreu há cerca de 11500 anos.
e) ele é relativamente recente, tendo pertencido a uma planta que viveu há apenas 240 anos, aproximadamente.
Gabarito: d
Resolução: 100% ___ 50% ____ 25%
Passaram-se 2 meias vidas: 2 x 5.730 anos = 11.460 anos
Videoaula
Exercícios
1 – (MACK-SP-20010)
Um fóssil humano encontrado nos sambaquis brasileiros foi datado em aproximadamente 4 mil anos através do processo de datação. Utilizando o gráfico de decaimento desse isótopo mostrado abaixo, assinale a alternativa que estima o teor aproximado de carbono 14 que esse fóssil deve ter apresentado:
a)7 ppb.
b)5 ppb
c)3,5 ppb
d)2,5 ppb
e)1,625 ppb
2 – (FATEC-SP-20011)
3 – (FUVEST-SP-2013)
O isótopo radioativo Cu-64 sofre decaimento conforme representado:
A partir de amostra de 20,0 mg de Cu-64, observa-se que, após 39 horas, formaram-se 17,5 mg de Zn-64. Sendo assim, o tempo necessário para que metade da massa inicial de Cu-64 sofra decaimento é cerca de:
a) 6 horas.
b) 13 horas.
c) 19 horas.
d) 26 horas.
e) 52 horas.
GABARITO
1 – A
2 – E
3 – B
