métodos de radiação Ênfase em radiometria. métodos de radiação introdução introdução...

Métodos de RadiaçãoMétodos de Radiação

Ênfase em RadiometriaÊnfase em Radiometria

Métodos de RadiaçãoMétodos de Radiação

IntroduçãoIntrodução Princípios físicos básicosPrincípios físicos básicos Métodos simplesMétodos simples Exemplo do carbono 14Exemplo do carbono 14 IsócronasIsócronas Testes de céticos.Testes de céticos.

IntroduçãoIntrodução

O objetivo é fazer boas estimativas de O objetivo é fazer boas estimativas de idades de objetos.idades de objetos.

Existem várias diferentes técnicas para Existem várias diferentes técnicas para isso, dependendo da área, sendo umas mais isso, dependendo da área, sendo umas mais confiáveis do que outras.confiáveis do que outras.

É importante estimar a margem de erro.É importante estimar a margem de erro. Muitas vezes a margem de erro é estimada Muitas vezes a margem de erro é estimada

de maneira incorreta. Exemplo: pela de maneira incorreta. Exemplo: pela precisão ao invés da exatidão do método.precisão ao invés da exatidão do método.

IntroduçãoIntrodução

Um método pode ser muito preciso mas Um método pode ser muito preciso mas pouco exato.pouco exato.

Precisão tem a ver com reprodutibilidade.Precisão tem a ver com reprodutibilidade. Exatidão tem a ver com resutados realistas.Exatidão tem a ver com resutados realistas. Se o método A sempre fornece a idade I Se o método A sempre fornece a idade I

para uma rocha com uma variação de 0,1%, para uma rocha com uma variação de 0,1%, então a precisão de A é de 99,9%.então a precisão de A é de 99,9%.

IntroduçãoIntrodução

Se dois métodos diferem mais do que a Se dois métodos diferem mais do que a soma de suas margens de erro nominais, soma de suas margens de erro nominais, fica evidente que a margem de erro real (de fica evidente que a margem de erro real (de exatidão) é superior à margem de erro de exatidão) é superior à margem de erro de precisão para pelo menos um dos métodos.precisão para pelo menos um dos métodos.

Sr/Rb: 2790 mihões de anos, com margem Sr/Rb: 2790 mihões de anos, com margem da ordem de 5 milhões de anos.da ordem de 5 milhões de anos.

Sm/Nd: 2886 milhões de anos, com margem Sm/Nd: 2886 milhões de anos, com margem semelhante. A margem real é maior ou igual semelhante. A margem real é maior ou igual a 96 milhões de anos.a 96 milhões de anos.

IntroduçãoIntrodução

Ainda que vários métodos concordem, eles Ainda que vários métodos concordem, eles podem conter todos um mesmo erro podem conter todos um mesmo erro sistemático, levando a alta precisão e baixa sistemático, levando a alta precisão e baixa exatidão.exatidão.

Quanto maior for a diferença entre os Quanto maior for a diferença entre os métodos, menor a probabilidade de que isso métodos, menor a probabilidade de que isso ocorra, a menos que eles sejam aferidos ocorra, a menos que eles sejam aferidos uns pelos outros, o que replica erros uns pelos outros, o que replica erros sistemáticos e nos impossibilita de avaliar a sistemáticos e nos impossibilita de avaliar a exatidão do conjunto.exatidão do conjunto.

Princípios FísicosPrincípios Físicos

O decaimento de materiais radiogênicos tem sido amplamente utilizado como base para métodos de datação.

Núcleos atômicos podem sofrer reações nucleares espontâneas, transformando um tipo de material em outro.

Isso ocorre em núcleos atômicos instáveis e metaestáveis.

O principal responsável por essa possibilidade é o tunelamento quântico.

Efeito TúnelEfeito Túnel

Pelas concepções clássicas, uma partícula não pode transpor uma barreira de potencial com altura maior do que sua energia cinética permite.

http://www.bun.kyoto-u.ac.jp/~suchii/Bohr/tunnel.html

Efeito TúnelEfeito Túnel

Na Mecânica Quântica, isso é possível graças à possibilidade de uma partícula se distribuir pelo espaço.

Efeito TúnelEfeito Túnel

É como se a partícula pudesse cavar um túnel e atravessar a barreira (mas o túnel é só uma alegoria didática).

Efeito TúnelEfeito Túnel

Partículas conseguem “tunelar” para fora de núcleos atômicos sob certas condições.

Decaimento RadioativoDecaimento Radioativo

http://www.aip.org/png/html/decays.htm

Princípios FísicosPrincípios Físicos

Dado um núcleo instável ou metaestável existe uma certa probabilidade por unidade de tempo de que ele venha a decair.

Dada uma amostra com muitos desses núcleos, isso se traduz em um certo número de decaimentos por unidade de tempo, que chamaremos de atividade, a.

http://www.ionactive.co.uk/glossary/Gamma_Rays.html

Princípios FísicosPrincípios Físicos

Se, para 1 milhão de núcleos temos 10 decaimentos por minuto, para 10 milhões de núcleos nas mesmas condições, teremos 100 decaimentos por minuto.

Ou seja, a taxa de decaimento é proporcional ao número de núcleos, e a constante de proporcionalidade chama-se constante de decaimento, representada lambda.

Princípios FísicosPrincípios Físicos

Se a constante de decaimento não variar com o tempo e o sistema for isolado (sem contaminação e nem perdas), a equação anterior implica em

Princípios FísicosPrincípios Físicos

Nestas condições o tempo necessário para que metade dos núcleos de uma amostra decaiam é fixo (para núcleos do mesmo tipo e nas mesmas condições), independentemente do tamanho da amostra.

Esse intervalo de tempo chama-se meia vida. A meia vida pode ser calculada a partir de

lambda.

Princípios FísicosPrincípios Físicos

Pode-se medir a constante de decaimento de cada tipo de núcleo.

Método SimplesMétodo Simples

Pode-se estimar o número atual de núcleos de determinado tipo em uma amostra: N(t).

Se tivermos como saber quantos núcleos havia na amostra originalmente (N

0), poderemos

determinar t.

Exemplo: Exemplo: 1414CC

Um átomo de carbono 14 tem 6 prótons (que caracteriza o carbono) e 8 nêutrons.

14 é o número de núcleons (prótons e nêutrons) no núcleo: 6+8=14.

Carbono 14 tende a decair, transformando-se em nitrogênio 14.

A meia vida do carbono 14 é de 5730 anos.

Exemplo: Exemplo: 1414CC

Prótons vindos do Sol provocam reações nucleares na atmosfera da Terra.

Ocorre liberação de nêutrons que reagem com 14N formando 14C.

http://www.answersingenesis.org/articles/nab/does-c14-disprove-the-bible

Exemplo: Exemplo: 1414CC

O 14C acaba sendo assimilado pelas plantas juntamente com o 12C (carbono normal).

As plantas são consumidas por animais.

http://www.answersingenesis.org/articles/nab/does-c14-disprove-the-bible

Exemplo: Exemplo: 1414CC

Enquanto um organismo está vivo, ele consome e perde 14C juntamente com 12C.

Quando o organismo morre, ele pára de consumir materiais contendo carbono.

Row 1 Row 2 Row 3 Row 4

0

2

4

6

8

10

12

Column 1

Column 2

Column 3

Exemplo: Exemplo: 1414CC O 14C que estava no

organismo decai aos poucos e se modifica a proporção entre 14C e 12C.

Medindo-se a proporção atual, estima-se há quanto tempo o organismo morreu.

http://www.signonsandiego.com/uniontrib/20070628/news_lz1c28scrolls.html#carbon

1414C: HipótesesC: Hipóteses

O decaimento radioativo independe de condições externas ao núcleo.

Lambda não varia com o tempo. Não há contaminação da amostra. Perdas de material ocorrem de forma a manter

a proporção 14C/12C. O 14C produzido na atmosfera passa a fazer

parte de alguma molécula aproveitável por seres vivos.

1414C: HipótesesC: Hipóteses

Organismos vivos não têm mecanismos de discriminação entre diferentes isótopos do carbono.

A taxa de formação do carbono 14 na atmosfera superior sempre foi a mesma.

A quantidade de carbono 12 disponível para os seres vivos sempre foi a mesma.

1414C: ObjeçõesC: Objeções

O campo magnético da Terra varia com o tempo, afetando a incidência de prótons vindos do sol e consequentemente, a taxa de formação de carbono 14: hoje em dia se forma mais carbono 14 na atmosfera do que há alguns milhares de anos. Amostras muito antigas tendem a parecer mais velhas do que são (erro sistemático).

1414C: ObjeçõesC: Objeções

Campos elétricos fortes afetam lambda. Medições com 32Si e 226Ra publicadas em 2008

mostraram uma estranha correlação entre lambda e a distância entre a Terra e o Sol (Jenkins et al, 2008).

Tem-se observado que organismos vivos processam diferentemente os diferentes isótopos de carbono (Keith et al, 1963; Farquhar et al, 1989).

ConceitosConceitos

Nuclídeo: tipo específico de núcleo atômico Nuclídeo: tipo específico de núcleo atômico (ou tipo de átomo) caracterizado por (ou tipo de átomo) caracterizado por número de prótons e número de nêutrons.número de prótons e número de nêutrons.

O número de prótons chama-se número O número de prótons chama-se número atômico e identifica um elemento químico atômico e identifica um elemento químico (carbono, nitrogênio, etc.)(carbono, nitrogênio, etc.)

O número de prótons mais o número de O número de prótons mais o número de nêutrons é chamado de número de massa.nêutrons é chamado de número de massa.

ConceitosConceitos

Dois átomos do mesmo elemento químico Dois átomos do mesmo elemento químico mas com diferentes números de massa mas com diferentes números de massa representam nuclídeos diferentes.representam nuclídeos diferentes.

Quando Quando 1414C decai, transforma-se em C decai, transforma-se em 1414N. N. Neste caso Neste caso 1414C chama-se nuclídeo pai e C chama-se nuclídeo pai e 1414N N chama-se nuclídeo filho.chama-se nuclídeo filho.

Nuclídeos com um mesmo número atômico Nuclídeos com um mesmo número atômico são chamados de isótopos.são chamados de isótopos.

Nuclídeos estáveis não decaem Nuclídeos estáveis não decaem espontaneamente.espontaneamente.

Método das IsócronasMétodo das Isócronas

Mais robusto do que os métodos simples.Mais robusto do que os métodos simples. Menos hipóteses sobre condições iniciais.Menos hipóteses sobre condições iniciais. Capaz de medir a própria precisão (mas não Capaz de medir a própria precisão (mas não

a exatidão).a exatidão). Facilidade para datar rochas.Facilidade para datar rochas.

Método das IsócronasMétodo das Isócronas

Trabalha-se com proporções entre Trabalha-se com proporções entre diferentes nuclídeos.diferentes nuclídeos.

Ex.: Ex.: 8787Rb decai em Rb decai em 8787Sr.Sr. Toma-se um isótopo estável do nuclídeo Toma-se um isótopo estável do nuclídeo

filho como referência. Exemplo: filho como referência. Exemplo: 8686Sr.Sr. Definem-se as seguintes proporções atuais Definem-se as seguintes proporções atuais

encontradas em uma amostra:encontradas em uma amostra: x=[87Rb]/[86Sr], y=[87Sr]/[86Sr].

Método das Isócronas

x=[87Rb]/[86Sr], y=[87Sr]/[86Sr]. Medem-se estes

valores para diferentes amostras de uma mesma rocha.

http://www.onafarawayday.com/Radiogenic/Ch3/Ch3-4.htm

Método das Isócronas

Utiliza-se um método estatístico (ex.: mínimos quadrados) para determinar a equação da reta que melhor se ajusta aos pontos (x,y).

Método das Isócronas

x=[87Rb]/[86Sr] y=[87Sr]/[86Sr] y=ax+b O coeficiente angular (inclinação da reta, a)

permite calcular a idade da rocha. Inclinações negativas indicam idades negtivas.

A qualidade do ajuste (correlação, margem de erro, etc.) permite estimar a precisão do método/amostragem.

Método das Isócronas

A explicação de como isso funciona pode ser encontrada na apostila que preparamos.

Não é necessário fazer hipóteses sobre concentrações iniciais.

Parece ser o método perfeito. Trata-se de um avanço notável.

Isócronas: Hipóteses

A constante de decaimento não é afetada por condições externas ao núcleo.

A constante de decaimento não se altera com o tempo.

As rochas não sofrem contaminação seletiva ao longo do tempo.

As rochas não sofrem perdas seletivas ao longo do tempo.

A constante de decaimento é conhecida com boa exatidão.

Isócronas: Problemas

Como já vimos, a hipótese da constância de lambda é questionável em função de evidências experimentais recentes.

Quanto maior a meia vida de um nuclídeo, mais difícil é medi-la com precisão. (Begemann et al, 2001).

Contaminação seletiva pode ocorrer, causando alta precisão e baixa exatidão.

Testes de CéticosTestes de Céticos

É interessante observar resutados de testes feitos por quem desconfia dos métodos de datação que abordamos.

Um interessante grupo de céticos chama-se RATE (“Radio Isotopes and the Age of the Earth”).

Desde 1997, eles têm coletado amostras, enviado a laboratórios de datação (sem dizer a origem) e comparado resultados com a literatura.

Testes de CéticosTestes de Céticos

Amostras de rochas formadas pelo derrame do monte Santa Helena, em 1986, tiveram idades estimadas entre 0,5 e 2,8 milhões de anos.

Testes de CéticosTestes de Céticos

Amostras de lava solidificada do monte Narube, Ilha do Norte, Nova Zelândia, tiveram idades estimadas entre 0,27 e 3,5 milhões de anos. As amostras provinham de derrames de 1949, 1954 e 1975.

Testes de CéticosTestes de Céticos

As montanhas Bearthooth têm rochas estimadas em 2,79 bilhões de anos.

O RATE coletou amostras de lá e mandou datá-las.

Espaço para PerguntasEspaço para Perguntas

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