introdução aos métodos de datação - the y theory · portanto em relação ao tempo. o...

Introdução aos

métodos de datação

Oswaldo Baffa

Departamento de Física e Matemática

FFCLRP-USP

baffa@usp.br

Por que datar ?

• Em ciência e na vida cotidiana algumas

perguntas freqüentes são:

– Como ?

– Onde ?

– Por quê ?

– Quando ?

Fonte: Folha de São Paulo-20/05/2008 - 09h02

Estudo de ocupação da América revê identidade de Luzia

CLAUDIO ANGELO-Editor de Ciência da Folha de S.Paulo

Uma digreção:

Mas afinal o que é o tempo ?

Como medir o tempo?

• Vejamos o dicionário Aurélio- esse substantivo (um

dos mais longos verbetes) aparece adjetivado em

pelo menos 40 situações! Trata-se de termo

complexo, que até mesmo um dicionário, que deve

ser sintético, encontra dificuldades em definir.

– A sucessão dos anos, dos dias, das horas, etc..., que

para o homem envolve a noção de presente, passado e

futuro, ou... O tempo é um meio contínuo e indefinido no

qual os acontecimentos parecem suceder-se em

momentos irreversíveis.. Alguns dizem afirmam que

tempo é aquilo que acontece quando nada acontece !

Nada muito informativo…

A Física e o Tempo

• Como ciência experimental quantitativa a Físicatem na medida do tempo um de seus pilarespara expressar quantitativamente os seusresultados. Muitas Unidades que no passadotinham uma definição independente, hoje sãoreferenciados ao tempo. A unidade de tensãoelétrica por exemplo, ou o Volt, já foi definida emfunção de uma célula eletrolítica padrão, emodernamente é referenciada em termos umafreqüência produzida em um Junção Josephson,portanto em relação ao tempo.

O movimento periódico

dos astros serviu no

passado para marcar a

passagem do tempo.

Encontram-se vestígios

em todas as civilizações

conhecidas.

Atividades religiosas e sociais necessitavam de uma

demarcação do tempo ao longo dos dias e relógios mais

sensíveis foram desenvolvidos

egípcios

~3.500 AC

Su Sung

1088 DC

Curioso “relógio” em exposição

no museu de ciências de Tóquio

O Experimento de GalileuNascimento da Física

Galileu utilizou o seu próprio

pulso como uma base de

tempo. Soltando uma esfera

em um plano inclinado,

observou que a distância ao

longo do plano marcada nos

tempos 1, 2, 3, ... era de 1,

4, 9, .... unidades. Com isso

foi possível estabelecer que

a distância D percorrida era

proporcional ao tempo

elevado ao quadrado (D

t2).

Relógios Mecânicos

• A Idade Média foi pródiga no

desenvolvimento de relógios mecânicos.

A maioria deles baseava-se no

movimento de um peso e um

mecanismo de escape. Esses

instrumentos não tinham muita precisão,

devido ao atrito e falta de controle da

força aplicada.

Relógios com Pêndulo

• Galileu foi o primeiro a estudar o movimento pendular e mostrar que o seu período era dado pela relação:

• Sanctorius (1602)-Propos o Pulsologium- o período de pulsação é medido pelo comprimento do pêndulo.

g

lT

2

1

Christiaan Huygens

• Em 1656- Construiu o primeiro relógio a

pêndulo com uma precisão de 1

minuto/dia

• Em 1675- Construiu um oscilador baseado

em um sistema mola-roda que permitiu a

construção de relógios com uma precisão

de 10 minutos/dia

Os cristais de

quartzo do

relógios de pulso

possuem várias

formas e

frequências de

Warren Marrison desenvolveu o primeiro

relógio de quartzo em 1927.

Relógio Atômico-Césio-133

1957- 1segundo=9.192.631.770 oscilações do

Césio-133

Satélite para Transmissão de

Padrões de Tempo

O padrão de tempo é

fundamental na era da eletrônica

Como medir o tempo?

Métodos de Datação

Decaimento

Radioativo, Taxa de

Dose

U, Th, K, 14C

Temperatura

Crescimento

Cristalização

Concentração

de Radicais

Livres (ESR)

DisparoControle

Mostrador

C-14 e outros materiaisC-14

produzido na

alta atmosfera

por raios

cósmicos. U238

e Th232 e K40

produzem

radiação , e

Adaptado de

Ikeya, 1993

• Série Urânio e

Tório utilizadas

para datação.

Partículas alfa e

beta são

emitidas. As

caixas em verde

são dos

isótopos

utilizados para

datação.

Radiações

Ionizantes Efeitos das

Ikeya, 1993

Dosimetria por Luminescência

Detector de Radiação

(cristal isolante)

EXPOSIÇÃO à

RADIAÇÃO

\

Adaptado de E. Yukihara – OK State

Dosimetria por Luminescência

ARMAZENAMENTO

Adaptado de E. Yukihara – OK State

Dosimetria por Luminescência

Emissão

de luz

(e.g.,

azul, UV)

LEITURA

Estimulação

térmica

(aquecimento)

Adaptado de E. Yukihara – OK State

Dosimetria por Luminescência

Estimulação

por luz

(verde)

Emissão

de luz (azul, UV)

LEITURA

Adaptado de E. Yukihara – OK State

Dosimetria por Luminescência

Detetores Luminescentes

Opticamente Estimulados

(OSLDs): Al2O3:CEstimulação

por Luz

( verde)Emissão

de luz (azul, UV)

LEITURA

Estimulação

térmica (aquecimento)

DetetoresTermoluminescentes

(TLDs):

LiF:Mg,Ti, CaF2

Adaptado de E. Yukihara – OK State

Dosimetria por TL

100 200 300 4000

1

2

3

4

5

6

7

L

ight

Inte

nsity (

arb

. un

its)

Temperature (ºC)

Proporcional

à dose

radiaçãoInte

nsid

ade

de L

uz

Temperatura (oC)

Dosimetria por OSL ou LOE

0 100 200 300 400 500 6000

100

200

300

400

Lig

ht

Inte

nsity (

arb

. units)

Time (s)

Proporcional à

dose radiação

Tempo

Inte

nsid

ade

de L

uz

Quantidade medida

Radiação

ionizante

• Fótons com alta energia (Raios-X e gama)

• Partículas carregadas com alta energia (elétrons, prótons, núcleos )

• Nêutrons

Energia média depositada no materialDose absorvida =

massa do material

[J kg-1 = Gy]

dm

dD

0 1 2 3 4 50

2

4

6

8

10

2.5

mGy

5

Dose of radiation (mGy)

Lig

ht In

tensity

Espectroscopia de Ressonância

Spin Eletrônica

E

Hr

h

+½gH

-½gH

H

[Swartz, 1972]

rHghE

Parâmetros: H0= 325 mT (3250 G); H= 20 mT (200 G)

e 4 mT (40 G); t = 2 min; f 9.09 GHz; fm = 100

kHz; P : 5-200 mW; Hm: 0.05-1.6 mT (0.5- 16 G).

Espectrometro de ESR Banda X

Espectrômetro de ESR

Banda- K (24 GHz)

Etapas para a obtenção da dose

arqueológica

Método da dose aditiva

D0 = ???

D0 +D1

A0

D0 +D1+ D2

D0 +D1+ D2 + D3

A1

A2

A3

D0

Amplitude

Dose

A0

D1 D2 D3

A1

A2

A3

[Ikeya,1993]

Ajuste linear (A) e exponencial (B) para a

curva da intensidade RSE em função da

Dose Aditiva.

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

I(Q)=I0(1+Q/AD)

(Q = D,t,)

(A)

Futuro

t,(h)

Passado

t (103anos)

Dt

AD

Inte

nsid

ad

e

Dose Aditiva D,t,

-10 0 10 20 30 40 50

(B)

Is

I=Is[1-e

-(Q+AD)/SD]

(Q=D,t,)

Futuro

t,(h)

Passado

t (103anos)

Inte

nsid

ade

AD

Dt Dose Aditiva D,t,

Como Calibrar a Escala de Tempo?

M. Ikeya. New Applications of Electron Spin

Resonance. Dating Dosimetry and

Microscopy. World Scientific, 1993

• Interação da

radiação

com os

fósseis

Extraído de

R. Grün 2006

Datação por ESR

Raios Cósmicos : 0,25 mGy/ano

Dan 238U; 232Th; 40K concentração

K2O (1%) 0,0678 mGy/ano (raios )

0,2030 mGy/ano(raios )

Equilíbrio radioativo :

1 ppm 238U Dan = 0,0628794 Ei

1 ppm 232Th Dan = 0,00205514 Ei

anD

ADIdade

AD = Dose Acumulada

Dan = Taxa de Dose Anual

Curva de Calibração --ED

versus Idade Conhecida

Pet-Petralona, Aki-

Akiyoshi, Do-Doura,

Pek-Peking, Ya-

Yamashita-cho, Am-

Amud, Hei-

Heidelberg, J(P)-

Jawa-Puchangan,

St-Steinheim, K-

Kamakura-era, Jo-

Jomon-era

Extraído de Ikeya,

1993

Faixas aproximadas dos métodos

de datação.

(adaptado de Rink, 1997)

Datação de Sambaquis

Espectro de ESR de um pedaço

de osso Fóssil ~ 2Ka

280 300 320 340 360 380 400

40

60

80

100

120

Dating Signal

Mn2+

Inte

nsity (

A.U

.)

Magnetic Field (mT)

-2 0 2 4 6 8 10-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

B

A

Intensidade

Caverna

Botuverá Santa

Catarina

• Dissolução do solo:

CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2

Resultados

Tempo: 3.000

anos

De fósseis para os

Animais

Fósseis de Ponta da

Flecha- Vale do Ribeira-

SP

Sinais de ESR de

Dentina e Esmalte

332 334 336 338 340 342 344

-4.0x10-6

-3.0x10-6

-2.0x10-6

-1.0x10-6

0.0

1.0x10-6

2.0x10-6

3.0x10-6

332 334 336 338 340 342 344

-5.0x10-6

0.0

5.0x10-6

1.0x10-5

1.5x10-5

332 334 336 338 340 342 344

-1.5x10-5

-1.0x10-5

-5.0x10-6

0.0

5.0x10-6

1.0x10-5

1.5x10-5

2.0x10-5

332 334 336 338 340 342 344

-6.0x10-5

-4.0x10-5

-2.0x10-5

0.0

2.0x10-5

4.0x10-5

6.0x10-5

8.0x10-5

1.0x10-4

1.2x10-4

ESR

Sign

al (V

olts)

ESR

Sign

al (V

olts)

ESR

Sign

al (V

olts)

ESR

Sign

al (V

olts)

Dentine + 0 Gy Dentine + 100 Gy

Magnetic Field (mT)Magnetic Field (mT)

Enamel + 0 Gy

Magnetic Field (mT)

Enamel + 100 Gy

Magnetic Field (mT)

g//

g^

Crescimento do sinal de ESR de um

dente pre-molar deToxodon platensis (sp)

-20 0 20 40 60 80 100

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-20 0 20 40 60 80 100

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

ES

R S

igna

l (A

.U.)

Dose (Gy)

Dose (Gy)

Dentine

ES

R S

igna

l (A

.U.) Enamel

ADDIDI /1)( 0

Irradiado com 60Co

Megafauna Brasileira

Haplomastodon waringi (Holland) Xenorhinotherium (Cartele & Lessa )

ESR DATING AT K AND X BAND OF NORTHEASTERN BRAZILIAN MEGAFAUNA

Angela Kinoshita, Alcina Magnólia Franca, José Augusto Costa de Almeida, Ana Maria Figueiredo, Patricia

Nicolucci, Carlos F. O. Graeff1 and Oswaldo Baffa

Fazenda Logradouro, Inço,

Fazenda Nova, Pernambuco

Dentes

Megafauna Brasileira

Amostras de

dente de

Haplomastodom

e

Macraucheniidae

de Puxinanã

(PB)

Idades, taxa de dose e Dose total

(Dt) de dentes

Amostra AD

(Gy)

EU

idade

(ka)

EU Dt

(mGy/a)

LU

idade

(ka)

LU Dt

mGy/a

Haplomastodon 1* 213 305 70410 406 5184

Haplomastodon 1** 265 367 72710 4910 5305

Haplomastodon 2 224 397 5708 499 4525

Xenorhinotherium 266 399 6728 5212 5045

Dose Gama+ Raios Cósmicos = 250 Gy/ano

Idades calculadas com a AD obtida através de espectros em X-Banda

X (*) e Banda K(**)

Pedra Furada-Parque Nacional

da Serra da Capivara

Baixão da Pedra Furada

Baixão da Pedra Furada

Pinturas -São Raimundo

Nonato

Boqueirão da Pedra Furada Toca do Serrote da Bastiana com

depósitos de calcita

Amostra de Calcita

Toca do Serrote da Bastiana-Piauí

0 10 20 30 40 50 60 70

0

20

40

60

80

100

120

140

Lin

(C

ounts

)

2q (degrees)

Calcite- Toca do Serrote da Bastiana

Espectro de ESR

Calcita Toca do Serrote da Bastiana

2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000

-0.000004

-0.000002

0.000000

0.000002

0.000004

0.000006

0.000008 ~ 350 Gy

20 Gy

Y A

xis

Title

X axis title

3260 3280 3300 3320 3340 3360 3380 3400 3420 3440 3460 3480

-0.000002

-0.000001

0.000000

0.000001

0.000002

0.000003

0.000004

0.000005

~350 Gy

20 Gy

Y A

xis

Title

X axis title

AD= 25 Gy → 25 ka ???

Toca da Santa

Toca da Santa

Idade: (5.700 ± 200) anos

Toca das Moendas

Toca das Moendas

Agradecimentos

• Sérgio Mascarenhas

• Angela Kinoshita-USC-Bauru

• Niéde Guidon -FUDHAM

• Patricia Nicolucci- FFCLRP- USP

• Alcina Franca-UFPe

• Luiz Carlos de Oliveira-USP

• Flávio Augusto José-USP

• Carlos Brunello e Lourenço Rocha- Apoio técnico-FFCLRP-USP

Apoio Financeiro:

FAPESP

CNPq

CAPES